thumb|250px|Laboratoire de microbiologíe alimentaire, Faculté de technologie alimentaire, Université d'agriculture de Lettonie
La microbiologie alimentaire est l'étude des micro-organismes qui habitent, forment ou contaminent les aliments. Si l'étude des micro-organismes à l'origine de la détérioration des aliments est une composante essentielle de cette branche de la science agro-alimentaire, les « bonnes » bactéries, telles que les probiotiques, prennent désormais une importante croissante. Par ailleurs, les microorganismes sont absolument essentiels pour la production d'aliments tels que le fromage, le yaourt, le pain, la bière, le vin et d'autres aliments fermentés.
La sécurité alimentaire est un axe majeur de la microbiologie alimentaire. Les bactéries pathogènes, virus et toxines produites par des microorganismes sont autant de sources possibles de contamination alimentaire. Certains microorganismes peuvent aussi être utilisés pour combattre ces microbes pathogènes. Les bactéries probiotiques, et notamment celles produisant des bactériocines, peuvent tuer et inhiber des pathogènes. Par ailleurs, des bactériocines purifiées telles que la nisine peuvent être directement ajoutés à des produits alimentaires. Enfin, des bactériophages, des virus qui n'infectent que des bactéries, peuvent être utilisés pour tuer des bactéries pathogènes. Une préparation alimentaire rigoureuse, et notamment une cuisson correcte, élimine la plupart des bactéries et virus. Pour autant, les toxines produites par des contaminants alimentaires ne perdent pas nécessairement leur caractère toxique du fait de la cuisson d'aliments contaminés. Il est donc nécessaire de veiller à ce que leur production ne soit pas suffisamment importante au point que l'aliment constitue un danger.
La fermentation est une méthode utilisée pour conserver des aliments et en altérer les propriétés. La levure, et tout particulièrement Saccharomyces cerevisiae, est utilisée pour faire lever le pain, brasser la bière et faire du vin.