A pesquisa em microbiologia tem muitas aplicações importantes diferentes, da medicina à segurança alimentar e à biotecnologia. Os cientistas geralmente trabalham em laboratórios modernos encontrados em universidades, instalações privadas de pesquisa, empresas farmacêuticas, instituições de pesquisa e desenvolvimento e empresas de biotecnologia. Um indivíduo que deseja iniciar a pesquisa em microbiologia geralmente deve obter um diploma avançado de uma universidade credenciada, adquirir experiência em cargos de assistente ou estagiário enquanto estiver na escola e concluir uma bolsa de estudos após a graduação.
Uma pessoa geralmente começa a se preparar para uma carreira em pesquisa em microbiologia enquanto frequenta uma faculdade ou universidade de quatro anos. Um futuro microbiologista geralmente faz vários cursos de ciências biológicas que integram estudos de laboratório no currículo. As aulas de química orgânica, biologia molecular e física permitem que os alunos aprendam sobre a história da pesquisa em microbiologia, tendências e aplicações atuais e diferentes técnicas de pesquisa. Muitos estudantes de graduação optam por se inscrever também em cursos avançados de matemática e estatística, que os introduzem nos fundamentos do estabelecimento de diretrizes de pesquisa e análise de resultados numéricos.
Um estudante de graduação que planeja seguir uma carreira em microbiologia pode obter uma experiência valiosa trabalhando como estagiário ou assistente de pesquisa no laboratório de microbiologia de sua universidade entre os termos da escola. Muitas escolas oferecem aos alunos a chance de se envolver em pesquisas significativas ao concluir seus diplomas de bacharel, fornecendo experiências práticas de aprendizado e melhorando suas chances de serem admitidas em escolas de microbiologia credenciadas. Enquanto no último ano do programa de bacharelado, um aluno geralmente começa a se inscrever nas escolas e faz vários exames de admissão que testam sua competência.
Alguns futuros cientistas se matriculam em programas de mestrado de dois anos, embora a maioria dos microbiologistas esperançosos busquem PhDs no campo, o que leva em média de três a cinco anos para ser alcançado. Estudantes de graduação e doutorado geralmente recebem instruções intensivas e detalhadas em sala de aula e laboratório sobre assuntos específicos de microbiologia. Os indivíduos geralmente são obrigados a projetar e conduzir projetos de pesquisa independentes e relatar suas descobertas na forma de uma longa tese ou dissertação. A maioria das escolas de microbiologia ajuda seus graduados a encontrar vagas em universidades ou instituições privadas de pesquisa.
Um colega de microbiologista passa um período de até dois anos trabalhando como pesquisador assistente para profissionais estabelecidos no campo, aprendendo a enviar propostas de subsídios, estudos de design, configurar experimentos, analisar resultados e escrever artigos científicos. Um novo microbiologista que se mostre promissor poderá ter permissão para projetar e executar projetos originais, sob a supervisão de cientistas experientes. Uma vez que um sujeito tenha demonstrado suas habilidades, geralmente ele ou ela pode começar a realizar pesquisas independentes em microbiologia.