Mikrobiolog može raditi na različitim područjima, kao npr. u bolničkim laboratorijima, farmaceutskoj industriji, znanstvenim institucijama ili prehrambenoj industriji.

U bolničkim laboratorijima, mikrobiolog istražuje djelovanje mikroorganizama koji su uzročnici različitih bolesti pacijenata. Kada ustanovi uzročnike bolesti, liječnik može lako odlučiti o najučinkovitijoj terapiji za pacijenta. Također, mikrobiolog ispituje djelovanje pojedinih antibiotika i drugih lijekova na mikroorganizme.

Neki mikrobiolozi u zdravstvenim i drugim znanstvenim institutima proučavaju uzročnike bolesti, kao što su AIDS, malarija, ptičja gripa i druge. Istraživanja na tom području uključuju proučavanje strukture i hemijskih reakcija koje se javljaju u doticaju uzročnika s drugim organizmima, a posebice načine njihova razmnožavanja. Takva proučavanja su dugotrajna i često zahtijevaju višegodišnja istraživanja.

U farmaceutskoj industriji, saznanja mikrobiologa koriste se u razvoju lijekova, cjepiva i drugih oblika liječenja. Mikrobiolog sudjeluje u laboratorijskim istraživanjima, proizvodnji, ispitivanju određenih karakteristika i kvalitete proizvoda kao što su antibiotici, cjepiva, vitamini, kozmetički proizvodi, dezinficijensi, i sl.

U prehrambenoj industriji, analizama u laboratoriju, mikrobiolog nadzire neke karakteristike i kvalitetu prehrambenih proizvoda. Bez mikrobiologa proizvod se ne bi mogao pustiti u promet. Mikrobiolog može istraživati i načine za učinkovito razlaganje otpadnih tvari i ekonomično recikliranje. Mikrobiolozi koji rade u poduzećima koja brinu o zaštiti okoliša ili kvaliteti voda, istražuju mikroorganizme i bakterije u pitkoj vodi, u sirovinama i prerađenim otpacima, te osiguravaju da procesi prerade budu učinkoviti. Mikrobiolog također uzima na analizu hranu i piće, kako bi ustanovo njihovu moguću zaraženost.

Važnu ulogu mikrobiolog ima i u molekularnoj biologiji te u genetskom inženjerstvu.

U svom radu koristi se vrlo preciznom i skupom laboratorijskom opremom.