Als Teilgebiet der Biologie befasst sich die Mikrobiologie mit der Erforschung von Kleinstlebewesen (Mikroben), die für das menschliche Auge unsichtbar sind. Sie umfasst mehrere Teildisziplinen, namentlich die Bakteriologie, Virologie, Protozoologie, Mykologie und andere. Mitunter überlappen sich die Forschungsbereiche der Mikrobiologie und der Biochemie.
Vor der Entwicklung des Mikroskops um 1600 waren über die Ursachen von Infektionskrankheiten und Gärungsprozessen nur Spekulationen möglich. Der Niederländer Antoni van Leeuwenhoek beschrieb 1676 erstmals Bakterien. Erst in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts setzte sich die Erkenntnis des ursächlichen Zusammenhangs zwischen Mikroorganismen und bestimmten Krankheiten sowie bei Gärungsprozessen durch. In der Schweiz wurde diese Revolution im ätiologischen Denken (Ätiologie ist die Lehre von der Ursache der Krankheit) von mehreren ausländischen Lehrstuhlinhabern vorbereitet und mitgetragen. In Zürich waren dies 1833-1840 Johann Lukas Schönlein, 1840-1844 Jacob Henle, 1860-1867 Theodor Billroth und 1870-1881 Carl Joseph Eberth. Edwin Klebs lehrte 1866-1872 in Bern und 1882-1891 in Zürich.
Im letzten Drittel des 19. Jahrhunderts gelangte die Wichtigkeit der Hygiene ins öffentliche Bewusstsein. In Bayern wurde 1865 ein erster Lehrstuhl für Hygiene geschaffen und im Zuge des Aufschwungs der Bakteriologie folgten die Universitäten in der Schweiz rasch nach (Genf 1876, Bern 1877, Zürich 1883, Lausanne 1890, Basel 1894). Wenig später lassen sich die ersten universitären Institute für Hygiene und Bakteriologie nachweisen (Zürich 1887, Bern 1892, Basel 1894, Genf 1913). Aus diesen gingen im Laufe des 20. Jahrhunderts die heutigen Institute für medizinische Bakteriologie hervor (z.B. Universität Zürich 1962). Im Bereich der landwirtschaftlichen Bakteriologie fand Forschung unter anderem am Eidgenössischen Polytechnikum statt, wo 1895 ein bakteriologisches Laboratorium geschaffen und 1897 das Lehrfach landwirtschaftliche Bakteriologie eingeführt wurde. Daraus entwickelte sich im 20. Jahrhundert das heutige Institut für Mikrobiologie der ETH Zürich. Die Schweizerische Gesellschaft für Mikrobiologie wurde 1942 gegründet.
Wichtige Vertreter der Mikrobiologie in der Schweiz waren der Parasitologe Bruno Galli-Valerio in Lausanne, Robert Burri in Zürich und Bern, Robert Doerr in Basel, Curt Hallauer in Bern und Hermann Mooser in Zürich. Einige Schweizer Mikrobiologen leisteten Bedeutendes im Ausland, so Alexandre Yersin in Indochina, Arnold Theiler in Südafrika, Karl Friedrich Meyer und Sonja Buckley in den USA.
Teildisziplinen der Mikrobiologie sind die Molekularbiologie und die Immunologie. Erstere entwickelte sich aus der in den 1940er Jahren gemachten Entdeckung, dass Nukleinsäuren die Träger der Erbinformation sind. Ihre Anfänge in der Schweiz gehen auf das Wirken von Jean Weigle in Genf zurück. Dort wurde 1963 das erste Institut für Molekularbiologie in der Schweiz gegründet. 1978 erhielt der Schweizer Molekularbiologe Werner Arber den Nobelpreis für Medizin.
Pionier der Immunologie, der Lehre von den biologischen und chemischen Grundlagen der körperlichen Abwehr von Krankheitserregern, war in der Schweiz Maurice Arthus in Lausanne. Erst um 1960 begann aus heutiger Sicht die moderne Immunologie. Hierzulande führte das Engagement der Pharmaindustrie 1968 zur Gründung des Basler Instituts für Immunologie, dessen erster Direktor, Niels Kaj Jerne, 1984 den Nobelpreis für Medizin erhielt. Ein weiterer Nobelpreis ging 1996 an Rolf Martin Zinkernagel.