Mikroorganismen sind mikroskopisch kleine Lebewesen, die nicht mit bloßem Auge zu erkennen sind. Sie werden auch Mikroben oder Kleinstlebewesen genannt.
Mikroorganismen bilden keine einheitliche biosystematische Gruppe. Meist handelt es sich um Einzeller, oft auch um minderzellige Lebewesen entsprechender Größe, etwa Pilze und Algen. Weil sie so winzig sind, haben Mikroorganismen eine Sonderstellung im Tier- und Pflanzenreich inne. Ihre wissenschaftliche Erforschung ist Gegenstand der Mikrobiologie.
Zu den Mikroorganismen zählen Bakterien (z.B. Milchsäurebakterien), diverse Pilze (z.B. Backhefe), Mikroalgen (z.B. Chlorellen) sowie Protozoen (z.B. Pantoffeltierchen und der Malaria-Erreger Plasmodium). Es ist umstritten, ob auch Viren zu den Mikroorganismen gerechnet werden sollten. Zwar gelten Viren überwiegend nicht als Lebewesen, gelegentlich werden sie aber dennoch zu den Mikroorganismen gezählt. In diesem Fall zählt auch die Virenforschung (Virologie) als Teilgebiet zur Mikrobiologie.
Mikroorganismen übernehmen wichtige Funktionen im allgemeinen Stoffkreislauf. Zum einen bilden sie als Produzenten die Basis vieler Nahrungsketten (z.B. Kieselalgen), zum anderen bauen sie als Destruenten organische Materie zu anorganischen Stoffen ab. Einige Mikroorganismen sind für die Ernährung von Bedeutung, andere für erwünschte Stoffumwandlungen, wieder andere sind Parasiten und Erreger von Infektionskrankheiten. Es gibt weit mehr Mikroorganismen als andere Lebewesen; ihr Anteil an der Gesamtheit der irdischen lebenden Biomasse beträgt 70 Prozent.