Vi sinh vật là những sinh vật quá nhỏ để có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Chúng bao gồm vi khuẩn, vi sinh vật cổ, nấm, động vật nguyên sinh và virus, mặc dù virus không phải lúc nào cũng được phân loại là sinh vật sống. Chúng có mặt ở khắp mọi nơi: trong đất, nước, không khí và bên trong cơ thể chúng ta. Số lượng vi sinh vật nhiều hơn số lượng tế bào người trong cơ thể và chúng đóng vai trò thiết yếu trong tiêu hóa, miễn dịch và sức khỏe. Hầu hết chúng vô hại. Một số có ích. Một số ít gây bệnh.

Vi sinh vật đã định hình nên hành tinh này. Vi khuẩn lam tạo ra oxy trong khí quyển thông qua quá trình quang hợp. Vi khuẩn cố định nitơ trong đất, cung cấp chất này cho cây trồng. Nấm phân hủy chất hữu cơ, tái chế chất dinh dưỡng. Vi sinh vật trong ruột giúp tiêu hóa thức ăn và sản sinh vitamin. Chúng chiếm đa số vô hình.

Trong công nghệ sinh học, vi sinh vật đóng vai trò vô cùng quan trọng. Vi khuẩn biến đổi gen sản xuất insulin, kháng sinh và enzyme. Nấm men lên men đường thành ethanol và bánh mì. Nấm sản xuất axit citric và penicillin. Vi tảo sản xuất dầu để làm nhiên liệu sinh học. Sự đa dạng trong quá trình trao đổi chất của vi sinh vật là một kho tàng hóa học hữu ích.

Vi sinh vật cũng là nguồn cung cấp các công cụ mới. Hệ thống CRISPR có nguồn gốc từ vi khuẩn. Các enzyme cắt giới hạn cũng có nguồn gốc từ vi khuẩn. Enzyme Taq polymerase, được sử dụng trong PCR, có nguồn gốc từ một loại vi khuẩn ưa nhiệt. Thế giới vi sinh vật là một thư viện về sự đổi mới di truyền, và chúng ta vẫn đang học cách đọc nó.