Η μοριακή μικροβιολογία αφορά την ανίχνευση του DNA ιών, βακτηρίων, μυκήτων, παρασίτων και άλλων μικροοργανισμών, όταν υπάρχει υποψία μόλυνσης ενός ατόμου. Μπορεί όμως να γίνει και προγεννητικά, κυρίως στο αμνιακό υγρό, που λαμβάνεται με αμνιοπαρακέντηση.
Χρησιμοποιούνται διαφορετικά είδη δείγματος ανάλογα με τον προς ανίχνευση μικροοργανισμό.
Εφαρμόζεται απευθείας ανίχνευση του γενετικού υλικού του μικροοργανισμού με αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR).
Η ευαισθησία των μεθόδων που χρησιμοποιούνται ξεπερνάει σημαντικά την ευαισθησία ανίχνευσης άλλων κλασικών βιοπαθολογικών μεθόδων.