（1676—1861年）
荷兰业余科学家列文虎克成为这个时期的开创者。他让我们进入到微生物这一“巨大”的世界中。1590年，荷兰的杨森父子首先制成最原始的分辨率很低的复式显微镜。1664年，英国科学家罗伯特·虎克用这种显微镜观察和描绘了长在皮革表面的一种蓝色霉菌的子实体结构，霉菌的菌落形态还画过长在枯萎的蔷薇叶上的一种霉菌，但观察较粗糙。1676年，微生物学的先驱列文虎克用自制的单式显微镜首次观察到了细菌的个体，人类至此打开了微生物世界的大门，在人类历史上具有划时代的意义。荷兰动物学家米勒也正是用这种复式显微镜来观察微生物的，并首次把细菌和原生动物在分类地位上分开。
列文虎克所绘的细菌的图保存至今，并且仍可以清楚地辨认出杆菌、链球菌和其他独特的细菌形态，可惜的是，他只是一位敏锐的观察家，限于当时的历史条件并未能把自己所发现的“微动体”在理论上做进一步研究。在此之后近200年的时间里，人类在微生物的研究方面还仅仅停留在出于个人爱好对一些微生物进行形态描述的低级水平上，而对它们的生理活动机理及其与人类实践活动的关系却无人加以研究，因此，微生物作为一门学科在当时还没有形成。
但这个时期的科学工作者们在微生物方面仍做出了一些重大贡献。例如，1796年5月4日，英国医生爱德华·琴纳第一次为一个男孩接种牛痘成功，从此人类结束了对天花无计可施的时代。