De medische microbiologie is een medisch specialisme dat zich bezighoudt met het opsporen, diagnosticeren en behandelen van infectieziekten. Infectieziekten zijn aandoeningen veroorzaakt door micro-organismen, met name bacteriën, virussen, parasieten, en schimmels (waaronder de eencellige gisten). De medische microbiologie omvat tevens de wetenschappen van de microbiële pathogenese en de epidemiologie. De medische microbiologie heeft daardoor raakvlakken met de pathologie en de immunologie.
De medische microbiologie is een tak van de microbiologie, en heeft de mensheid de kans gegeven infectieziekten te begrijpen, herkennen en bestrijden, waarvan de manier van ontstaan tot dan toe onbekend was. Medisch microbiologisch onderzoek heeft het mogelijk gemaakt vaccins te ontwikkelen. Voorheen dodelijk verlopende epidemieën als de pest en de pokken, en infectieziekten als hondsdolheid en kinderverlamming zijn hierdoor uitgeroeid, of in ieder geval beheers- en behandelbaar geworden.
Het vak van de medische microbiologie wordt beoefend door een arts-microbioloog (medisch specialist) of een (medisch) microbiologisch onderzoeker. De werkzaamheden vinden plaats in een laboratorium, dat zich soms in, en soms buiten een ziekenhuis bevindt. In het laboratorium worden patiëntmaterialen onderzocht, afkomstig van patiënten waarvan wordt vermoed dat ze een infectieziekte hebben opgelopen. Voorbeelden zijn urineweginfecties, luchtweginfecties, bloedbaaninfecties (bloedvergiftiging) en infecties van het centrale zenuwstelsel (meningitis). Hiervoor worden lichaamsvloeistoffen als urine, opgehoest materiaal uit de luchtwegen (sputum), bloed, hersenvocht (liquor cerebrospinalis), of pus onderzocht op het voorkomen van pathogene micro-organismen.