Nel 19° secolo, la tassonomia – la classificazione degli organismi viventi – era un obiettivo centrale della biologia. Mentre i naturalisti erano impegnati a catalogare coleotteri e altre specie macroscopiche, i microrganismi erano in gran parte trascurati. Da allora, i progressi nel campo della microscopia, della biologia molecolare e della genomica hanno ampliato notevolmente la nostra comprensione della vita microbica e perfezionato i modi in cui la classifichiamo.
La tassonomia moderna si basa su tre pilastri fondamentali:
La gerarchia tassonomica spazia dal rango più ampio, il dominio , fino al più specifico, la specie . La sequenza è:dominio, regno, phylum, classe, ordine, famiglia, genere, specie. Ad esempio, il lignaggio umano è Eukarya> Animalia> Chordata> Mammalia> Primates> Hominidae> Homo> sapiens.
I microrganismi sono definiti dalle loro piccole dimensioni piuttosto che da una particolare struttura o funzione. Coprono tutti e tre i domini della vita:batteri, archaea ed eucarioti. Sia i batteri che gli archaea comprendono esclusivamente organismi procarioti unicellulari privi di membrana nucleare. Di conseguenza, ogni regno, phylum, classe, ordine, famiglia, genere e specie all'interno di questi domini è un microrganismo.
All'interno del dominio Eukarya, il regno Protista è riservato agli organismi unicellulari che possiedono un vero nucleo. I protisti sono raggruppati in tre phyla principali:alghe (quattro phyla), protozoi (quattro phyla) e muffe (due phyla). Ogni protista è un eucariota microscopico, sebbene molti eucarioti, come gli alberi e gli esseri umani, siano multicellulari e non siano considerati protisti.
Il regno Fungi, anch'esso all'interno di Eukarya, comprende diversi phyla microbici. Ad esempio, Zygomycota contiene muffe microscopiche del pane, mentre Ascomycota include lieviti, agenti patogeni delle piante e parassiti. I licheni illustrano le complesse relazioni che possono sorgere, poiché sono assemblaggi simbiotici di un fungo e di un partner fotosintetico, che spesso abbracciano più regni o addirittura domini.