علم الأحياء الدقيقة، البيولوجيا الدقيقة، علم الميكروبات، أو الميكروبيولوجيا (بالإنجليزية: Microbiology)‏ هو العلم الذي يختص بدراسة الأحياء الدقيقة وحيدة الخلية ومتعددة الخلايا وكذلك عديمة النواة كالفيروسات بما فيها بعض حقيقيات النوى مثل الفطريات والأوليات إضافة إلى بدائيات النوى مثل البكتيريا وبعض الطحالب. رغم التطورات في هذا العلم فإن التقديرات تقول إنه لم يتم دراسة إلا 0.03% من الجراثيم الموجودة في الكرة الأرضية فبالرغم من أن الجراثيم اكتشفت منذ 300 عام إلا أن علم الأحياء الدقيقة ما زال يعد في بداياته مقارنة بعلم الحيوان وعلم النبات وعلم الحشرات. يستفاد من علم الأحياء الدقيقة في مجالات أمنية في الأدلة الجنائية وفي مجالات عسكرية في إنتاج أسلحة الدمار الشامل.