El mundo microbiano es extremadamente complejo y resultado de 3.500 millones de años de evolución. Del enorme número de especies que existen, sólo un pequeño porcentaje son objeto de estudio de la Microbiología Médica.

Entre lo microorganismos que infectan o coexisten con el hombre se encuentran los hongos, las bacterias, los virus y los protozoos. La Microbiología Médica incluye también el estudio de los parásitos multicelulares que causan enfermedad al hombre, que en algún momento de su ciclo de vida presentan formas microscópicas.
Los hongos y lo protozoos tienen muchas características que los asemeja a las células de los mamíferos o de las plantas. Son organismos eucariotas, que poseen membrana nuclear,  lo que determina la presencia de un núcleo verdadero, con varios cromosomas, aparato mitótico, mitocondrias y otros orgánulos membranosos en el citoplasma, membrana citoplasmática que contiene esteroles y la capacidad de reproducirse sexualmente. Estos microorganismos eucariotas presentan tamaño variable, pero su diámetro o sección, cuando se trata de formas elongadas, no supera los 10 micrómetros (µm). Algunos pueden ser bastante largos y la mayoría de los hongos y protozoos pueden cultivarse en medios artificiales.
Las bacterias son más pequeñas, más simples y evolutivamente más primitivas que los hongos y protozoos. Su material nuclear está compuesto por una única molécula de ADN circular, que constituye el único cromosoma bacteriano, sin una membrana nuclear que lo separe del citoplasma. Por esto a las células bacterianas se las denomina procariota

Las diferencias fundamentales entre célula eucariota y procariota se detallan en la siguiente tabla:

Los virus constituyen un grupo completamente distinto de agentes infecciosos, ya que para replicarse deben parasitar una célula viva, sea animal, vegetal o bacteriana. Los virus son microorganismos muy pequeños que contienen información genética contenida en moléculas de ADN o ARN, pero nunca en ambos simultáneamente. La mayoría de los virus maduros tienen una envoltura proteica y algunos opresentan una envoltura externa de naturaleza lipídica que la adquieren de la célula huésped que infectan. Los virus carecen de las enzimas y maquinaría metabólica necesarias para la síntesis proteica y para replicarse independientemente. Por el contrario los virus poseen material genético  que se apropia de la maquinaria biosintética de la célula huésped para producir todos los componentes individuarlos y ensamblarlos en nuevas partículas virales. Mediante este mecanismo una partícula viral que infecta una célula puede generar varios miles de partículas simultáneamente. En algunos casos, la replicación del virus produce la muerte de la célula huésped y la invasión de nuevas células. En otros casos el virus no  destruye a la célula y coexiste con ella, afectando su metabolismo y su función. Existe otros casos en que el ácido nucleico viral se integra al ADN de la célula huésped y se transmite a la progenie celular, generando una infección latente, algunas infecciones de este tipo producen transformación celular asociandose con una alta incidencia de tumores.
Aunque algunos virus pueden coexistir con el hombre sin enfermarlo, la mayoría de los microorganismos comensales del ser humano son bacterias, hongos y algunos protozoos.