L'estudi d'interrelacions entre microorganismes i els seus entorns de vida i nonliving. De poblacions microbianes són capaços de tolerar i créixer sota diferents condicions ambientals, incloent-hi hàbitats amb extrems condicions ambientals com ara aigües termals, sal llacs i en alta mar vents tèrmics. Alguns microorganismes, coneguda com extremòfils, creixen només en condicions que generalment es considera hostils a la vida. L'archaebacteria (arqueobacteris) tenen molts extremòfils que creixen a les altes temperatures, salinities d'alts i baix pH. Comprensió els factors ambientals control microbià creixement i la supervivència ofereix una visió en la distribució de microorganismes en la naturalesa, i molts estudis en Ecologia microbiana està relacionat amb l'examen de les característiques adaptive que permeten l'espècie microbiana en particular per funcionar en particular hàbitats.