La investigación en microbiología tiene muchas aplicaciones importantes diferentes, desde la medicina hasta la seguridad alimentaria y la biotecnología. Los científicos generalmente trabajan en laboratorios modernos que se encuentran en universidades, centros privados de investigación, compañías farmacéuticas, instituciones de investigación y desarrollo y empresas de biotecnología. Una persona que quiere iniciarse en la investigación de microbiología generalmente debe obtener un título avanzado de una universidad acreditada, adquirir experiencia en puestos de asistente o pasante mientras está en la escuela y completar una beca después de la graduación.
Una persona generalmente comienza a prepararse para una carrera en investigación de microbiología mientras asiste a un colegio o universidad de cuatro años. Un futuro microbiólogo generalmente toma varios cursos de ciencias biológicas que integran estudios de laboratorio en el plan de estudios. Las clases de química orgánica, biología molecular y física permiten a los estudiantes aprender sobre la historia de la investigación en microbiología, las tendencias y aplicaciones actuales y las diferentes técnicas de investigación. Muchos estudiantes universitarios también optan por inscribirse en cursos avanzados de matemática y estadística, que les presentan los fundamentos para establecer pautas de investigación y analizar resultados numéricos.
Un estudiante universitario que planea seguir una carrera en microbiología puede obtener una valiosa experiencia trabajando como pasante o asistente de investigación en el laboratorio de microbiología de su universidad entre los períodos escolares. Muchas escuelas ofrecen a los estudiantes la oportunidad de participar en investigaciones significativas mientras completan sus títulos de licenciatura, proporcionando experiencias prácticas de aprendizaje y mejorando sus posibilidades de obtener admisión en escuelas acreditadas de microbiología. Mientras que en el último año de un programa de licenciatura, un estudiante generalmente comienza a aplicar a las escuelas y toma varios exámenes de ingreso que evalúan su competencia.
Algunos científicos futuros se inscriben en programas de maestría de dos años, aunque la mayoría de los microbiólogos esperanzados buscan doctorados en el campo, lo que demora de tres a cinco años en promedio para lograrlo. Los estudiantes de posgrado y doctorado generalmente reciben instrucción intensiva y detallada en el aula y en el laboratorio sobre temas específicos de microbiología. Por lo general, se requiere que las personas diseñen y realicen proyectos de investigación independientes, y que informen sus hallazgos en forma de una extensa tesis o disertación. La mayoría de las escuelas de microbiología ayudan a sus graduados a encontrar puestos de becas en universidades o instituciones privadas de investigación.
Un microbiólogo pasa un período de hasta dos años trabajando como investigador asistente para profesionales establecidos en el campo, aprendiendo cómo presentar propuestas de subvención, diseñar estudios, establecer experimentos, analizar resultados y escribir artículos científicos. Se le puede permitir a un nuevo microbiólogo que promete diseñar y llevar a cabo proyectos originales, bajo la supervisión de científicos experimentados. Una vez que un compañero ha demostrado sus habilidades, puede comenzar a realizar investigaciones de microbiología independientes.