O estudo das inter-relações entre microrganismos e seus ambientes de vida e inanimadas. Populações microbianas são capazes de tolerar e crescer sob diferentes condições ambientais, incluindo habitats com condições ambientais extremas como fontes termais, lagos e águas profundas hidrotermais de sal. Alguns microorganismos, conhecidos como extremófilos, crescem apenas sob condições normalmente consideradas hostis à vida. Arqueobactérias (Archaea) têm muitos extremófilos que crescem em altas temperaturas, altas salinidades e baixo pH. Noções básicas sobre os factores ambientais controlando microbiana crescimento e sobrevivência oferece insights sobre a distribuição dos microrganismos na natureza, e muitos estudos em ecologia microbiana estão preocupados com as características adaptativas que permitam determinada espécie microbiana a funcionar, nomeadamente habitats a examinar.