מבחינת מיון, החיידקים (בקטריות) הם ממלכה בפני עצמה ורבים מהם חיים בגוף האדם בתנאים אנ-אירוביים, כלומר ללא חמצן. החיידקים הם יצורים מיקרוסקופים חד תאיים, המתקיימים במושבות או כתאים בודדים. הם נמצאים בכל מקום על פני כדור הארץ, במים, באוויר, באדמה, במעיינות גופרית, במים מלוחים ומתוקים ובמעיינות מים חמים. בגוף האדם חיים פי עשרה חיידקים מתאי הגוף ורובם נמצאים במערכת העיכול ועל העור. בגרם אחד אדמה יש 40 מיליון חיידקים ובסמ"ק אחד של מי שתייה יש מיליון חיידקים. רובם מועילים ורק מיעוטם פתוגניים גורמי מחלות כגון, כולרה, עגבת, שחפת, אנתרקס, צרעת ועוד. מאז שגילו את האנטיביוטיקה, הייתה תקווה שהתרופה תגן על האדם מפני מחלות הנגרמות על ידי חיידקים (בקטריות). אולם עם הזמן התברר שהחיידקים מפתחים זנים חדשים התוקפים את החי והצומח. השימוש בתרופות אנטיביוטיקה, גרם לפיתוח עמידותם נגדן במהלך השנים. לחיידקים יש כוח הסתגלות וכוח עמידה בתנאים קיצוניים והצליחו לשרוד את תהפוכות כדור הארץ, לאורך שלושה מיליארד שנים.

בתא בקטריאלי אין גרעין, יש בו כרומוזום אחד מעגלי עם די.נ.אי. וגם שוטון המאפשר לו לנוע בתוך חומר נוזלי. החיידקים קולטים חומרי מזון מהסביבה שבה הם חיים, המאפשרים להם להפיק אנרגיה, לבנות את חלקי התאים ולהתרבות. חוקרי המיקרוביולוגיה לומדים לזהותם, להכיר את תכונותיהם, את המחלות שהם גורמים וגם את רגישותם ועמידותם לתרופות חדשות. נעזרים בחיידקים בחקלאות, בעשיית מוצרי חלב, בתעשיית היין, בתחמיצים שונים, בפרוק כתמי נפט במים, ביצירת חלבונים והורמונים בהנדסה גנטית ובתעשיות ביו-טכנולוגיות. חיידקי הריזוביום הנמצאים בפקעיות החנקן בשורשי הקטניות, מסוגלים להפוך חנקן אטמוספרי (78% מהאוויר) לחנקן זמין עבור הצמחים הזקוקים לו לבניית חלבונים. הם מפרקים צמחים ובעלי חיים אחרי מותם וגם מפרקים פסולת ביוב. הם חיים במערכת העיכול של בעלי חיים מעלי גרה ומסוגלים לפרק את התאית לחד סוכר. הם חודרים לגוף בדרכי הנשימה, במערכת העיכול, דרך פצעים פתוחים ברקמות הגוף או במחזור הדם. אנטון ואן לוונהוק היה החוקר הראשון שראה חיידק בשנת 1674 בעזרת מיקרוסקופ פשוט שהוא בנה. לואי פסטר הראה בשנת 1859 שתהליך התסיסה נגרם מגידול של חיידקים. רוברט קוך היה החוקר שקידם את המיקרוביולוגיה הרפואית בחוקרו את מחלות הכולרה, השחפת והאנתרקס וגילה שהן נגרמות על ידי חיידקים. פול ארליך עסק במחקרים באימונולוגיה בשנת 1910 ורבים החוקרים שבאו אחריהם.     

וירוס (נגיף) הוא גופיף הפולש לתוך תאים של בעלי חיים, צמחים ובקטריות ועלול לגרום למחלות. הנגיף אינו יכול להתרבות בכוחות עצמו אלא בתוך תא חי של פונדקאי. הוא עשוי מחומצת גרעין ד.נ.א או ר.נ.א ועטוף במעטפת חלבונית, או במעטפת שומנית. גודל הוירוסים נע בין 10 ל 50 ננומטר. גודל ננומטר הוא אלפית המיקרון ומיקרון הוא אלפית המילימטר. תא גוף רגיל גודלו מיקרונים בודדים עד כמה עשרות מיקרונים והוא גדול פי עשרת אלפים עד מאה אלף מגודלו של וירוס. הוירוס אינו נחשב לאורגניזם חי כי אין בו את התכונות המגדירות חיים, כגון יכולת התרבות באופן עצמי, תגובה, גדילה, תנועה, יצירת אנרגיה וצריכתה ועוד. הוירוסים נראים במיקרוסקופ אלקטרוני בצורה של כדור, עיגול, חוט, קוו, מקלון ועוד. אי אפשר לראות וירוסים במיקרוסקופ האור הרגיל, לכן עד שהומצא המיקרוסקופ האלקטרוני רק שיערו את קיומו על פי הנזקים שהוא גרם. וירוס שחודר לתא חיידק וגורם למותו נקרא בקטריופאג'. יש וירוסים הגורמים למחלות בצמחים (מוזאיקת הטבק), בבעלי חיים ( כלבת, מחלת הפה והטלפיים בבקר) ובאדם (שפעת, אבעבועות רוח) ועוד. כאשר נוחת וירוס באקראי על קרום התא של בעל חיים או על דופן של תא צמחי, הוא מחדיר את חומצת הגרעין שלו לתוך תא הפונדקאי היוצר וירוסים חדשים. לאחר שהוירוס חודר לתא של אורגניזם כלשהו, הגנים של הוירוס מייצרים חלבונים עבור הוירוס בעזרת מנגנוני השכפול של תא הפונדקאי. כך משוכפל המטען הגנטי של הוירוס פעמים רבות ונוצרים וירוסים רבים היוצאים מהתא ונכנסים לתאים חדשים.

קיימות מחלות ילדים רבות (כמו אדמת), שכאשר נדבקים בהן, הגוף מתחסן ובדרך כלל לא נדבקים בהן יותר, משום שהגוף מפתח נוגדנים שמקנים חיסון. מערכת החיסון נלחמת בנגיפים גם באמצעות לימפוציטים שהם תאי דם לבנים. הנגיפים מושמדים בטמפרטורה של 60 מעלות צלזיוס ומעלה, אולם כשהם מוקפאים, הם ימשיכו להתקיים לאחר עליית הטמפרטורה והפשרה. הוא עובר מוטציות לעתים קרובות וזה מאפשר לו להיות עמיד בפני תרופות נגד וירוסים בזמנים קצרים. חלק מהמחלות הנגרמות על ידי וירוסים הן מחלות עונתיות שחולפות כגון שפעת החורף, אך יש וירוסים שחיים באופן קבוע בגוף האדם בצורה רדומה כגון וירוס ההרפס, המתפרץ כאשר יש חום או בעיות אחרות בגוף. עקב יכולתו של הוירוס לגרום לתא הפונדקאי לייצר חלבונים בצורה סדרתית, החוקרים משתמש בשיטות אלה על מנת לייצר חלבונים למחקר, לרפואה, לחקלאות ולתעשייה. ברפואה המודרנית הנקראת "רפואת הגנים" - gene therapy  מנסים להחליף את הגנים הפגומים בתאי גוף האדם ובעלי חיים.