Mikrobiologie vody se zabývá mikroorganismy, které žijí ve vodě nebo mohou být vodou přenášeny z jednoho prostředí do druhého.

Voda může podporovat růst mnoha druhů mikroorganismů. To může být výhodné. Například chemická činnost některých kmenů kvasinek nám poskytuje pivo a chléb. Stejně tak růst některých bakterií v kontaminované vodě může pomoci strávit jedy z vody.

Přítomnost jiných mikrobů způsobujících nemoci ve vodě je však nezdravá a dokonce ohrožuje život. Například bakterie žijící ve střevním traktu lidí a dalších teplokrevných živočichů, jako jsou Escherichia coli, Salmonella, Shigella a Vibrio, mohou kontaminovat vodu, pokud se do ní dostanou výkaly. Kontaminace pitné vody typem Escherichia coli známým jako O157:H7 může být smrtelná. Kontaminace městského vodovodu ve Walkertonu v kanadském Ontariu v létě 2000 kmenem O157:H7 způsobila onemocnění 2 000 lidí a smrt sedmi osob.

Střevní trakt teplokrevných živočichů obsahuje také viry, které mohou kontaminovat vodu a způsobit onemocnění. Příkladem jsou rotaviry, enteroviry a coxsackieviry.

Další skupinou mikrobů, která vzbuzuje obavy v mikrobiologii vody, jsou prvoci. Největší obavy vzbuzují dva prvoci: Giardia a Cryptosporidium. Žijí běžně ve střevním traktu živočichů, jako jsou bobři a jeleni. Giardia a Cryptosporidium vytvářejí během svého životního cyklu spící a odolné formy zvané cysty. Cystické formy jsou odolné vůči chlóru, který je nejrozšířenější formou dezinfekce pitné vody, a mohou procházet filtry používanými v mnoha úpravnách vody. Při požití pitné vody mohou u lidí způsobit vysilující a dlouhotrvající průjem a u lidí s oslabeným imunitním systémem mohou ohrozit život. Kontaminace pitné vody v Milwaukee ve Wisconsinu kryptosporidiem v roce 1993 způsobila onemocnění více než 400 000 lidí a 47 lidí zemřelo.

Mnoho mikroorganismů se přirozeně vyskytuje ve sladké i slané vodě. Patří mezi ně bakterie, sinice, prvoci, řasy a drobní živočichové, jako jsou například chaluhy. Ty mohou být důležité v potravním řetězci, který tvoří základ života ve vodě. Například mikroby zvané sinice mohou přeměňovat sluneční energii na energii potřebnou k životu. Hojné množství těchto organismů zase slouží jako potrava pro další život. Řasy, kterým se ve vodě daří, jsou také důležitým zdrojem potravy pro další formy života.

V sladké vodě žije celá řada mikroorganismů. Oblast vodního útvaru v blízkosti pobřeží (litorální zóna) je dobře osvětlená, mělká a teplejší než ostatní oblasti vody. V této zóně se daří fotosyntetickým řasám a bakteriím, které využívají světlo jako energii. Dále od břehu se nachází limnitická zóna. Zde žijí také fotosyntetizující mikrobi. Jak se voda prohlubuje, teplota se snižuje a koncentrace kyslíku a světla ve vodě klesá. Nyní se mikrobům, které potřebují kyslík, nedaří. Místo nich převládají fialové a zelené sirné bakterie, které mohou růst bez kyslíku. Konečně na dně sladkých vod (bentická zóna) přežívá jen málo mikrobů. Daří se bakteriím, které mohou přežít v nepřítomnosti kyslíku a slunečního světla, například bakteriím produkujícím metan.

Slaná voda představuje pro mikroorganismy jiné prostředí. Vyšší koncentrace soli, vyšší pH a nižší obsah živin ve srovnání se sladkou vodou jsou pro mnoho mikroorganismů smrtelné. V blízkosti hladiny se však hojně vyskytují slanomilné (halofilní) bakterie a některé bakterie, které žijí i ve sladké vodě (např. Pseudomonas a Vibrio). V roce 2001 také vědci prokázali, že starobylá forma mikrobiálního života známá jako archeobakterie je jednou z dominantních forem života v oceánu. Úloha archeobakterií v oceánském potravním řetězci zatím není známa, ale musí mít zásadní význam.

Dalším mikroorganismem vyskytujícím se ve slané vodě je druh řas známý jako dinoflageláty. Rychlý růst a množení dinoflagelátů může vodu zbarvit do červena. Tento „červený příliv“ ochuzuje vodu o živiny a kyslík, což může způsobit úhyn mnoha ryb. Stejně tak lidé mohou onemocnět požitím kontaminovaných ryb.

Voda může být také ideálním prostředkem pro přenos mikroorganismů z jednoho místa na druhé. Například voda, která se převáží v trupech lodí, aby stabilizovala plavidla během jejich oceánských plaveb, je dnes známa jako prostředek pro přepravu mikroorganismů po celém světě. Jeden z těchto organismů, bakterie Vibrio cholerae, způsobuje u lidí život ohrožující průjmy.

Pitná voda se obvykle upravuje, aby se minimalizovalo riziko mikrobiální kontaminace. Význam úpravy pitné vody je znám již po staletí. Například v předkřesťanských dobách se praktikovalo uchovávání pitné vody v džbánech vyrobených z kovu. Nyní je znám antibakteriální účinek některých kovů. Podobně je již dlouho známo převařování pitné vody jako prostředek ochrany vody.

Chemikálie jako chlor nebo jeho deriváty jsou oblíbeným prostředkem k ničení bakterií, jako je Escherichia coli, ve vodě již od prvních desetiletí dvacátého století. Mezi další způsoby ničení bakterií, které se stávají stále populárnějšími, patří použití plynu zvaného ozon a zneškodnění genetického materiálu mikrobů pomocí ultrafialového světla. Mikroby lze z vody vyloučit také fyzicky, a to průchodem vody filtrem. Moderní filtry mají tak malé otvory, že v nich mohou být zachyceny i tak nepatrné částice, jako jsou viry.

Důležitým aspektem mikrobiologie vody, zejména pitné, je testování vody, aby se zajistilo, že je bezpečná k pití. Testování kvality vody lze de provádět několika způsoby. Jedním z oblíbených testů je měření zákalu vody. Zákal udává množství suspendovaného materiálu ve vodě. Pokud je ve vodě přítomen materiál, jako je půda, jsou v ní obvykle přítomny i mikroorganismy. Přítomnost i tak malých částic, jako jsou bakterie a viry, může snížit čistotu vody. Zákal je rychlý způsob, jak zjistit, zda se kvalita vody zhoršuje, a zda je tedy třeba přijmout opatření k nápravě problému s vodou.

V mnoha zemích je mikrobiologie vody také předmětem legislativy. Předpisy určují, jak často se odebírají vzorky z vodních zdrojů, jak se odběr vzorků provádí, jak se bude provádět analýza, jaké mikroby se zjišťují a jaké jsou přípustné limity pro cílové mikroorganismy ve vzorku vody. Testování na mikroby, které způsobují onemocnění (tj. Salmonella typhymurium a Vibrio cholerae), může být nákladné, a pokud jsou bakterie přítomny v malém množství, mohou uniknout detekci. Místo toho jiné, početnější bakterie poskytují indikaci fekálního znečištění vody. Escherichia coli se jako indikátor fekálního znečištění používá již desítky let. Tato bakterie je ve střevním traktu přítomna v obrovském množství a je početnější než bakterie a viry způsobující onemocnění. Šance na detekci Escherichia coli je vyšší než na detekci skutečných mikroorganismů způsobujících onemocnění. Escherichia coli měla také tu výhodu, že nebyla schopna růst a rozmnožovat se ve vodě (s výjimkou teplých a potravinami zatížených vod v tropických zemích). Přítomnost této bakterie ve vodě tedy svědčí o nedávném fekálním znečištění. V neposlední řadě lze Escherichia coli snadno a levně detekovat

.