Mikrobiel økologi, læren om bakteriers og andre mikroorganismers indbyrdes påvirkninger samt deres afhængighed af og indflydelse på de ydre omgivelser. Den mikrobielle økologis metoder skal tilpasses organismernes meget små størrelser. Danske forskere under Tom Fenchels og Bo Barker Jørgensens ledelse har udviklet måleinstrumenter, der kan måle bl.a. ilt i en mikroskala i de små organismers umiddelbare nærhed. Mikroorganismerne spiller en nøglerolle i de økologiske omsætninger i naturen. De nedbryder døde organismer og omsætter organiske stoffer til uorganiske (mineralisering), der kan genbruges af planter og andre autotrofe organismer. De driver omsætninger i stoffernes kredsløb i naturen, fx kvælstofkredsløbet og svovlkredsløbet. I havet er en særlig fødekæde af mikroorganismer, den mikrobielle løkke, vigtig i omsætningen af organisk materiale, se hav (havøkologi). Se også nedbrydning og økologi.