Mikroorganisme merupakan makhluk hidup yang berukuran sangat kecil yaitu dalam skala micrometer atau micron (μ) atau sepersejuta meter dan tidak dapat dilihat dengan mata telanjang. Dalam percakapan sehari-hari atau untuk kepentingan praktis mikroorganisme sering disebut sebagai mikroba.
Mikroorganisme bertanggung jawab atas sebagian besar kerusakan dan daur ulang alami bahan organik di lingkungan. Beberapa mensintesis senyawa yang mengandung nitrogen yang berkontribusi pada nutrisi makhluk hidup yang tidak memiliki kemampuan ini; lainnya (alga laut) berkontribusi ke atmosfer dengan menghasilkan oksigen melalui fotosintesis. Karena mikroorganisme memiliki kemampuan metabolisme dan menghasilkan energi yang luar biasa, beberapa dapat hidup dalam kondisi yang mematikan bagi bentuk kehidupan lainnya. Misalnya, beberapa bakteri dapat mengoksidasi senyawa anorganik seperti belerang dan menghasilkan ion amonium energi, dan beberapa dapat bertahan hidup dan berkembang biak di mata air panas pada suhu di atas 75°C.
Untuk mempelajarinya diperlukan cara tertentu yaitu observasi mikroskopik dan biakan atau pure culture. Termasuk dalam golongan mikroorganisme adalah bakteri (eubactera, archaebacteria), fungi (yeasts, molds), protozoa, microscopic algae dan virus serta beberapa macam cacing (helmints). Ilmu yang mempelajari mikroorganisme disebut mikrobiologi. Ilmu mikrobiologi kesehatan atau kedokteran mempelajari mikroorganisme sebagai penyebab penyakit infeksi, cara mendiagnosis, pengobatan, pencegahan dan pengendalian infeksi. Semua mikroorganisme adalah sel kecuali virus.