Štúdie medzi mikroorganizmov a ich živý a nonliving prostredí. Mikrobiálnych populácií sú schopní tolerovať a rastie podľa podmienok životného prostredia, vrátane biotopov s extrémnych klimatických podmienkach ako hot springs, rôznej soli jazier a hlbokomorské tepelnej vetracie otvory. Niektoré mikroorganizmy, ďalej len extremophiles, pestovať iba za podmienok, ktoré sa zvyčajne považuje za nepriateľské k životu. Archaebacteria (Archaea) má mnoho extremophiles, že bude rásť vysoké teploty, vysoká salinities a nízkym pH. Chápania environmentálnych faktorov kontrolu mikrobiálneho rastu a prostriedky na prežitie ponúka vhľad do distribúcie mikroorganizmy v prírode a mnoho štúdií v mikrobiálnych ekológii sa zaoberajú skúmaní adaptívne funkcií, ktoré umožňujú najmä mikrobiálneho druhu fungovať najmä biotopy.