微生物研究方向涵蓋了多個領域，主要包括：
醫學微生物學。專注於病原菌、耐藥菌及腸道菌群的研究，探討微生物與人類健康的關係。例如，研究腸道微生物在免疫治療中的決定性作用，或通過糞菌移植改善對某些藥物不敏感個體的治療效果。
農業微生物學。涉及動植物致病菌和耐藥菌的研究，以及微生物在農業生產中的套用。例如，利用微生物資源防治農業及生活害蟲。
工業微生物學。關注工業微生物或工業菌、工業生產環境中的微生物群落，探討微生物在工業生產中的套用。例如，構建具有工業及藥用價值的微生物工程菌。
此外，微生物學還包含多個分支學科，如普通微生物學、微生物分類學、微生物生理學、微生物生態學、微生物遺傳學、分子微生物學等，以及細菌學、真菌學、病毒學等。環境微生物學、合成生物學、微生物組學等也是重要研究方向。環境微生物學研究微生物對環境污染的生物修復及其機理，而合成生物學則涉及轉錄翻譯元件和基因組全合成等方面。這些研究方向共同推動了微生物學的快速發展，為人類生產生活的各個方面提供了解決方案。