Mikroorganismus nebo mikrob je organismus, který je mikroskopický, což znamená tak malý, že ho člověk nemůže vidět pouhým okem. Studium mikroorganismů se nazývá mikrobiologie.

Mezi mikroorganismy patří bakterie, houby, archea, protista a viry a patří mezi nejstarší známé formy života. První z těchto čtyř typů mikroorganismů může být buď volně žijící, nebo parazitický. Viry mohou být pouze parazitické, protože se vždy rozmnožují uvnitř jiných živých organismů.

Většina mikroorganismů jsou jednobuněčné organismy s jedinou buňkou, ale existují i jednobuněční protisté, kteří jsou viditelní lidským okem, a některé mnohobuněčné druhy jsou mikroskopické.

Mikroorganismy žijí téměř všude na Zemi, kde je kapalná voda, včetně horkých pramenů na dně oceánů a hluboko v horninách v zemské kůře. Taková prostředí obývají extrémofilové.

Mikroorganismy mají zásadní význam pro recyklaci živin v ekosystémech, protože fungují jako rozkladači. Protože některé mikroorganismy mohou také odebírat dusík ze vzduchu, jsou důležitou součástí koloběhu dusíku. Patogenní neboli škodlivé mikroorganismy mohou napadat jiné organismy a způsobovat nemoci.