Mikrobiološka istraživanja imaju mnogo različitih važnih primjena, od medicine preko sigurnosti hrane do biotehnologije. Znanstvenici općenito rade u modernim laboratorijima na sveučilištima, privatnim istraživačkim ustanovama, farmaceutskim tvrtkama, istraživačkim i razvojnim institucijama i biotehnološkim tvrtkama. Pojedinac koji želi započeti istraživanje mikrobiologije obično mora steći višu diplomu na akreditiranom sveučilištu, steći iskustvo na pozicijama asistenta ili pripravnika tijekom školovanja i završiti stipendiju nakon diplomiranja.
Osoba se obično počinje pripremati za karijeru u istraživanju mikrobiologije dok pohađa četverogodišnji fakultet ili sveučilište. Budući mikrobiolog uglavnom pohađa nekoliko kolegija bioloških znanosti koji integriraju laboratorijske studije u nastavni plan i program. Nastava organske kemije, molekularne biologije i fizike studentima omogućuje upoznavanje povijesti mikrobioloških istraživanja, prezentiranje trendova i primjena te različite istraživačke tehnike. Mnogi se preddiplomci odlučuju upisati i na napredne kolegije matematike i statistike, koji ih upoznaju s osnovama utvrđivanja smjernica istraživanja i analize numeričkih rezultata.
Student preddiplomskog studija koji planira nastaviti karijeru u mikrobiologiji može steći dragocjeno iskustvo radeći kao pripravnik ili znanstveni asistent u mikrobiološkom laboratoriju svog sveučilišta između školskih termina. Mnoge škole nude studentima priliku da se uključe u smislena istraživanja dok završe svoje diplome, pružaju praktična iskustva učenja i poboljšavaju njihove šanse za upis u akreditirane mikrobiološke škole. Dok se na posljednjoj godini preddiplomskoga studija student obično počinje prijavljivati u škole i polaže razne prijemne ispite kojima se provjerava njihova kompetencija.
Neki budući znanstvenici upisuju dvogodišnje magistarske programe, iako većina mikrobiologa koji se nadaju doktoriraju na tom području, za koje je u prosjeku potrebno od tri do pet godina. Studenti diplomskog i doktorskog studija obično dobivaju intenzivne, detaljne učioničke i laboratorijske upute o specifičnim mikrobiološkim predmetima. Od pojedinaca se obično traži da osmisle i provode nezavisne istraživačke projekte te izvještavaju o svojim nalazima u obliku poduže teze ili disertacije. Većina mikrobioloških škola pomaže svojim diplomantima da pronađu stipendijske pozicije na sveučilištima ili privatnim istraživačkim institucijama.
Suradnik mikrobiolog provodi razdoblje od do dvije godine radeći kao pomoćni istraživač etabliranim stručnjacima na tom području, učeći kako podnijeti prijedloge za dodjelu bespovratnih sredstava, dizajnirati studije, postaviti eksperimente, analizirati rezultate i pisati znanstvene radove. Novom mikrobiologu koji obećava moglo bi se dopustiti osmišljavanje i izvođenje originalnih projekata, pod nadzorom iskusnih znanstvenika. Nakon što suradnik dokaže svoje vještine, obično može početi provoditi neovisna mikrobiološka istraživanja.