（1676—1861年）
荷蘭業餘科學家列文虎克成為這個時期的開創者。他讓我們進入到微生物這一“巨大”的世界中。1590年，荷蘭的楊森父子首先製成最原始的分辨率很低的複式顯微鏡。1664年，英國科學家羅伯特·虎克用這種顯微鏡觀察和描繪了長在皮革表麵的一種藍色黴菌的子實體結構，黴菌的菌落形態還畫過長在枯萎的薔薇葉上的一種黴菌，但觀察較粗糙。1676年，微生物學的先驅列文虎克用自製的單式顯微鏡首次觀察到了細菌的個體，人類至此打開了微生物世界的大門，在人類曆史上具有劃時代的意義。荷蘭動物學家米勒也正是用這種複式顯微鏡來觀察微生物的，並首次把細菌和原生動物在分類地位上分開。
列文虎克所繪的細菌的圖保存至今，並且仍可以清楚地辨認出杆菌、鏈球菌和其他獨特的細菌形態，可惜的是，他隻是一位敏銳的觀察家，限於當時的曆史條件並未能把自己所發現的“微動體”在理論上做進一步研究。在此之後近200年的時間裏，人類在微生物的研究方麵還僅僅停留在出於個人愛好對一些微生物進行形態描述的低級水平上，而對它們的生理活動機理及其與人類實踐活動的關係卻無人加以研究，因此，微生物作為一門學科在當時還沒有形成。
但這個時期的科學工作者們在微生物方麵仍做出了一些重大貢獻。例如，1796年5月4日，英國醫生愛德華·琴納第一次為一個男孩接種牛痘成功，從此人類結束了對天花無計可施的時代。