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按微生物应用领域来分总学科称为应用微生物学，分科如工业微生物学、农业微生物学、医学微生物学、药用微生物学、诊断微生物学、抗生素学、食品微生物学等。
在工业微生物学中，生物修复是指利用微生物及其他生物，将土壤、地下水和海洋中的危险性污染物降解成二氧化碳和水或转化成为无害物质的工程技术系统。例如，利用微生物肥料、微生物杀虫剂或农用抗生素取代会造成环境恶化的各种化学肥料和化学农药；利用微生物净化生物、降解污水和有毒工业废水；利用微生物生产的聚羟基丁酸酯（PHB）制造易降解的医用塑料制品以减少环境污染等。生物修复的研究开始于20世纪80年代，欧洲和美洲开展这方面研究较早，现已取得了很大进步，其应用范围在不断扩大，生物修复技术是一种对污染物进行原位修复的新型技术，具有净化费用低，对环境影响小并能最大限度地降低污染物浓度的特点。
在农业微生物学中，粮食生产是全人类生存中至关重要的大事。微生物的生命活动是农业畜牧业生产的重要基础，微生物在土壤营养元素循环中起着十分关键的作用，由于它们的生长和繁殖使土壤中的动物、植物残体不断分解，不断形成腐殖质，从而提高土壤肥力。根瘤菌、自生固氮菌、放线菌及藻类的生物固氮是土壤氮素的重要来源，对粮食生产具有重要意义。
在药用微生物学中，医药卫生是微生物应用较广泛、成绩较显著、发展较迅速、潜力也较大的领域，这是因为可以利用微生物生长繁殖特性结合微生物工程、基因工程、细胞工程、蛋白质工程，从各方面改进医药的生产、药品开发、医疗手段改善、医疗水平提高、保证人类的健康，并且可以从中获得巨大的经济利益和社会效益。