Los microbiólogos generalmente trabajan de alguna manera para aumentar el conocimiento científico, o para utilizar ese conocimiento de una manera que mejore los resultados en la medicina o en alguna industria. Para muchos microbiólogos, este trabajo incluye la planificación y realización de proyectos de investigación experimental en algún tipo de entorno de laboratorio. Otros pueden tener un papel más administrativo, supervisando a los científicos y evaluando sus resultados. Los microbiólogos que trabajan en el campo médico, como los microbiólogos clínicos, pueden ver a los pacientes o muestras de pacientes y realizar varias pruebas para detectar organismos que causan enfermedades.
Para los microbiólogos que trabajan en el mundo académico, las tareas incluyen realizar investigaciones en un laboratorio académico, redactar propuestas de subvenciones para financiar la investigación, así como parte de la enseñanza y el diseño de cursos. Los microbiólogos en funciones industriales pueden tener tareas similares, excepto que la investigación se realiza en laboratorios industriales para desarrollar o mejorar productos y procesos comerciales. Los trabajos de la industria también pueden incluir cierto grado de trabajo de ventas y marketing, así como deberes de cumplimiento normativo. Los microbiólogos que trabajan en el gobierno pueden tener una variedad de funciones, que incluyen investigación de laboratorio, redacción y asesoramiento, desarrollo y revisión de procesos regulatorios y supervisión de subvenciones ofrecidas a instituciones externas. Algunos microbiólogos trabajan en el campo del derecho de patentes, ya sea con oficinas nacionales de patentes o con prácticas de derecho privado. Aquí los deberes incluyen la investigación y la navegación de las regulaciones de propiedad intelectual. Los microbiólogos clínicos tienden a trabajar en laboratorios gubernamentales u hospitalarios donde sus funciones incluyen el análisis de muestras clínicas para detectar microorganismos responsables de enfermedades. En cambio, algunos microbiólogos trabajan en el campo de la divulgación científica, donde desarrollan programas y materiales para educar a estudiantes y no científicos y estimular el interés en el campo de la microbiología.