1．史前期 史前期是指人類還未見到微生物個體尤其是細菌細胞前的一段漫長的曆史時期，大約在距今8000年前一直至公元1676年間。當時的人類雖未見到微生物的個體，卻自發地與微生物頻繁地打交道，並憑自己的經驗在實踐中開展利用有益微生物和防治有害微生物的活動。但由於在思想方法上長期停留在“實踐—實踐—實踐”的基礎上，因此隻能長期處於低水平的應用階段。
2．初創期 從1676年列文虎克用自製的單式顯微鏡觀察到細菌的個體起，直至1861年近200年的時間。在這一時期中，人們對微生物的研究僅停留在形態描述的低級水平上，而對它們的生理活動及其與人類實踐活動的關係卻未加研究，因此，微生物學作為一門學科在當時還未形成。
3．奠基期 從1861年巴斯德根據曲頸瓶試驗徹底推翻生命的自然發生說並建立胚種學說（germtheory）起，直至1897年的一段時間。其特點為：①建立了一係列研究微生物所必要的獨特方法和技術，從而解決了認識微生物的第二、三、四個障礙；②借助於良好的研究方法，開創了尋找病原微生物的“黃金時期”；③把微生物學的研究從形態描述推進到生理學研究的新水平；④開始客觀上以辯證唯物主義的“實踐—理論—實踐”的思想方法指導科學實驗；⑤微生物學以獨立的學科形式開始形成，但當時主要還是以其各應用性分支學科的形式存在。
4．發展期1897年德國人E．Buchner用無細胞酵母菌壓榨汁中的“酒化酶”（zymase）對葡萄糖進行酒精發酵成功，從而開創了微生物生化研究的新時代。此後，微生物生理、代謝研究就蓬勃開展了起來。
5．成熟期 從1953年4月25日J．D．Watson和H．F．C．Crick在英國的《自然》雜誌上發表關於DNA結構的雙螺旋模型起，整個生命科學就進入了分子生物學研究的新階段，同樣也是微生物學發展史上成熟期到來的標誌。
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