Vi sinh vật là những sinh vật có kích thước hiển vi và thường là đơn bào. Đường kính của vật thể nhỏ nhất mà mắt thường có thể quan sát được là khoảng 100 µm. Tất cả các vi khuẩn có liên quan trong y học đều nhỏ hơn kích thước trên, vì vậy cần phải sử dụng kính hiển vi để quan sát các tế bào đơn lẻ này. Khi sinh trưởng và sinh sản trên môi trường rắn, vi khuẩn (và nấm) tạo thành các cấu trúc lớn hơn và có thể quan sát được bằng mắt thường, chứa khoảng 108 tế bào, được gọi là các khuẩn lạc (colonies).
Những nghiên cứu của Woese lần đầu tiên đã đưa ra một cái nhìn kết hợp về các con đường tiến hóa ẩn chứa trong sự đa dạng của toàn bộ các sinh vật sống trên trái đất. Đặc biệt, đã có một giải thích thỏa đáng về sự tồn tại và đa dạng của các tế bào nhân sơ và tế bào nhân thực, và toàn bộ các dạng sống được chia thành 3 nhóm lớn là: Vi khuẩn, Vi khuẩn cổ và Sinh vật nhân thực (Eukarya). Mặc dù hai nhóm đầu là các sinh vật nhân sơ (sinh vật chưa có màng nhân), nhưng vi khuẩn cổ lại có chung nhiều đặc điểm với các sinh vật nhân thực. Việc phân chia này có ý nghĩa quan trọng trong thực tế vì càng ở đầu nhánh phân chia thì các sinh vật đại diện hiện tại của hai nhánh lại càng khác biệt về các đặc điểm trao đổi chất. Một số khác biệt chính giữa 3 nhóm sinh giới được tóm tắt trong bảng 2.1.
17
Bảng 2.1. Một số đặc điểm chung của các vi sinh vật thuộc 3 lãnh giới của sự sống