De studie van onderlinge relaties tussen micro-organismen en hun levens- en nonliving omgevingen. Microbiële populaties kunnen tolereren en te groeien onder milieuomstandigheden, met inbegrip van habitats met extreme omstandigheden zoals warmwaterbronnen, variërende zout meren en diepzee warmwaterkraters. Sommige micro-organismen, aangeduid als extremofielen, groeien slechts onder voorwaarden wordt meestal beschouwd als vijandig tegenover het leven. De archaebacteria (Archaea) hebben vele extremofielen die groeien op hoge temperaturen, hoge zoutgehaltes en lage pH. Begrip de milieufactoren beheersing van microbiële groei en overleving biedt inzicht in de distributie van micro-organismen in de natuur, en vele studies in microbiële ecologie zijn betrokken met het onderzoek van de adaptieve functies waarmee bepaalde microbiële soort functioneren met name habitats.