在自然界，微生物除受物理化學環境影響之外，同樣也受生物環境的影響。微生物之間以及微生物與動植物之間的關係大致有：寄生、互生、共生、拮抗等關係。
一、寄生關係
寄生關係是一種生物生活在另一種生物體內，從中攝取營養物質而進行生長繁殖，並且在一定條件下會損害或殺死另一種生物的現象。前者稱為寄生物，其中脫離寄主不能生長的稱為專性寄生物，脫離寄主後能營腐生生活的稱為兼性寄生物。後者稱為寄主或宿主。
噬菌體與細菌或放線菌之間的關係，動物病原微生物與動物之間的關係，植物病原微生物與植物之間的關係等都是寄生關係。
二、互生關係
可以單獨生活的兩種生物，當共同生活時，相互有利或者一種生物生命活動的結果為另一種生物創造有利的生活條件，這兩種生物的關係即為互生關係。例如微生物間互生的固氮菌與分解纖維素的微生物。固氮菌需要不含氮的有機物作為碳源和能源，但是不能直接利用土壤中大量存在的纖維素。而分解纖維素的微生物雖然能分解纖維素，但分解後大量有機酸類物質積累，對自己的生長繁殖不利。兩者生活在一起時，固氮菌利用分解纖維素的微生物所生成的有機酸作為碳源和能源而大量生長繁殖並固氮，而分解纖維素的微生物也不至於因自己的代謝產物積累而影響自己的生長，相反，由於固氮菌改善了土壤的氮素條件而更有利於其生長繁殖。它們之間的互生關係也改善了土壤的氮素營養，有利於作物的生長。
另外，如同微生物與植物的互生關係一樣，一些腸道微生物與人也存在互生關係。
三、共生關係
共生關係是兩種生物生活在一起，彼此依賴，創造相互有利的營養和生活條件，較之單獨生活時更為有利，更有生命力，有的甚至相互依存，一種類型脫離了另一種類型就不易生活，在生理上形成一定的分工，在組織與形態上產生了新的結構。微生物間的共生關係可以認為是互生關係的高度發展。
地衣是某些真菌（某些子囊菌與擔子菌）和藻類（單細胞綠藻或藍藻）共生形成的一種植物體（具有各種形狀），其中共生真菌行異養生活。它從共生綠藻或藍藻得到有機養料，同時能夠在十分貧瘠的環境條件下吸收水分和無機養料供給共生綠藻或藍藻利用。共生綠藻或藍藻從共生真菌得到水分和養料，進行光合作用，所合成的有機物質既滿足自己的需要，也滿足了共生真菌的需要。藍藻還能固氮，供給真菌以氮素營養。因此，地衣可在岩石、樹皮上或其他地方生長。
另外，根瘤和葉瘤是微生物與豆科和非豆科植物的共生體，瘤胃微生物與反芻動物之間的關係也都是共生關係。
四、拮抗關係
一種微生物在其生命活動過程中，產生某種代謝產物或改變其他條件，從而抑製其他微生物的生長繁殖，甚至殺死其他微生物的現象，稱為拮抗關係。拮抗關係分為非特異性拮抗關係和特異性拮抗關係。
非特異性拮抗關係：酸菜、泡菜和青貯飼料的製作過程中，由於乳酸菌的旺盛繁殖產生大量乳酸，使環境中的pH下降，這樣就抑製了腐敗細菌的生長，這種抑製作用沒有一定的專一性，凡不耐酸的細菌都可被產酸的細菌所抑製，所以這種拮抗關係稱為非特異性拮抗關係。酵母菌在無氧條件下產生大量的乙醇，同樣對其他微生物有一定的抑製作用。
特異性拮抗關係：有些微生物在其生命活動過程中，能夠產生某種或某類特殊的代謝產物，具有選擇性地抑製或殺死其他微生物的作用，這種現象稱為特異性拮抗。各種微生物所產生的這種特殊代謝產物的性質各不相同，統稱為抗生素。抗生素在醫療方麵意義重大，在畜牧業、食品保藏方麵也有應用。