ในทางวิทยาศาสตร์นั้นสิ่งมีชีวิตที่อุบัติขึ้นเป็นสิ่งแรกในโลกก็คือ "จุลินทรีย์" ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของวิวัฒนาการ ที่ทำให้เกิดความหลากหลายทางชีววิทยา และก่อให้เกิดสิ่งมีชีวิตนานาชนิด รวมทั้งมนุษย์ นอกจากนี้ยังได้วิวัฒนาการมาเป็นจุลินทรีย์อีกมากมาย ที่มีคุณสมบัติและความสามารถแตกต่างกัน ความหลากหลายของจุลินทรีย์ ที่สามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ในระบบนิเวศและสภาวะแวดล้อมที่ไม่เหมือนกัน ทำให้สิ่งมีชีวิตกลุ่มนี้กระจายอยู่ทุกหนทุกแห่งในโลก แม้ในที่ที่สิ่งมีชีวิตอื่น ไม่สามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ เช่น ในที่ที่มีอุณหภูมิสูงถึง 90-100 องศาเซลเซียส หรือที่เย็นจัดอุณหภูมิติดลบ และที่เป็นกรดหรือด่างมากๆ เป็นต้น

จุลินทรีย์ดังกล่าวล้วนมีความสำคัญทั้งด้านที่เป็นคุณและเป็นโทษ ดังนั้นการเรียนรู้และทำความเข้าใจเกี่ยวกับจุลินทรีย์ จึงเป็นประโยชน์และลดโทษที่เกิดจากจุลินทรีย์ให้น้อยลง และหาวิธีนำจุลินทรีย์มาใช้ประโยชน์ให้มากกว่า ที่เกิดขึ้นเองในธรรมชาติ

มนุษย์รู้จักใช้ประโยชน์จากจุลินทรีย์มานานนับพันปี ทั้งๆ ที่ไม่รู้จักจุลินทรีย์มาก่อน เช่น การผลิตอาหารหมักดองประเภทน้ำปลา ซีอิ้ว กระแช่ ข้าวหมาก ขนมจีน แป้งหมัก ปลาร้า ปลาเจ่าและผักดอง เป็นต้น ซึ่งอาหารเหล่านี้ล้วนเกิดขึ้นจากกิจกรรมของจุลินทรีย์ทั้งสิ้น และเมื่อมนุษย์เข้าใจหลักการทางจุลชีววิทยามากขึ้น จึงได้มีการศึกษาเกี่ยวกับจุลินทรีย์แต่ละชนิดที่สำคัญต่อกระบวนการหมัก และมีการพัฒนามาใช้เชื้อบริสุทธิ์ในการหมักอาหารหลายชนิด แทนเชื้อธรรมชาติ และมนุษย์ได้นำความรู้ความเข้าใจทางจุลชีววิทยา ผสมผสานกับความรู้ทางเคมี วิศวเคมี และอื่นๆ เพื่อนำจุลินทรีย์มาใช้ ในการผลิตสิ่งที่มีประโยชน์ เช่น ยาปฏิชีวนะ สารเคมี เอนไซม์ ไวตามิน และกรดอะมิโน เป็นต้น

เนื่องจากจุลินทรีย์เป็นสิ่งมีชีวิตที่มีอยู่ทั่วไปในสิ่งแวดล้อม ซึ่งเราไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า จุลินทรีย์เหล่านี้พร้อมที่จะปนเปื้อนลงสู่อาหารและเจริญเพิ่มจำนวน ทำให้อาหารเกิดการเปลี่ยนแปลงในลักษณะต่างๆ ดังนั้นการตรวจพบจุลินทรีย์ ในอาหารจึงเป็นดัชนีบ่งชี้คุณภาพของอาหารได้หลายประการ เช่น การพบจุลินทรีย์ไม่จำกัดชนิดในปริมาณมาก ซึ่งบอกได้ว่า มีข้อบกพร่องในกระบวนการผลิต เป็นต้นว่า ใช้วัตถุดิบที่ไม่สด หรือขาดความระมัดระวังเรื่องความสะอาด จึงเป็นโอกาส ให้จุลินทรีย์ปนเปื้อนได้มาก นอกจากนั้นยังแสดงว่า การกำจัดจุลินทรีย์ไม่ได้ผลและมีการเก็บรักษา หรือวางจำหน่ายอาหาร อย่างไม่เหมาะสม ทำให้จุลินทรีย์สามารถเพิ่มจำนวนได้ ซึ่งในขณะที่จุลินทรีย์จะย่อยสลายอาหารและปลดปล่อยของเสีย จากกระบวนการเมแทบอลิซึ่ม อาหารจึงมีคุณภาพต่ำลงทั้งด้าน สี กลิ่น รส เนื้ออาหารและอื่นๆ จนเกิดการเน่าเสียในที่สุด

นอกจากปริมาณจุลินทรีย์จะบอกถึงคุณภาพในด้านความสดของอาหารแล้ว การตรวจพบจุลินทรีย์บางชนิดยังแสดงถึงสุขลักษณะอาหาร ซึ่งจะเชื่อมโยงไปถึงความปลอดภัยของผู้บริโภค เช่น การพบจุลินทรีย์ที่โดยปกติอาศัยในลำไส้คนและสัตว์ เช่น เชื้อเอสเคอริเคีย โคไล หรือใช้เรียกชื่อย่อว่า "อี.โคไล" เป็นดัชนีแสดงว่า อาหารได้รับการปนเปื้อนจากอุจจาระหรือมูลสัตว์ ทั้งโดยทางตรง เช่น จากมือผู้สัมผัสอาหารหรือโดยทางอ้อม เช่น จากน้ำใช้หรือปฏิกูล ซึ่งมิใช่เป็นเพียงเรื่องน่ารังเกียจเท่านั้น แต่ยังมีผลต่อความเป็นไปได้ที่อาหารนั้น อาจมีเชื้อโรค ระบบทางเดินอาหารปนอยู่ด้วย เช่น โรคบิด ท้องร่วง ไวรัสตับอักเสบเอ เป็นต้น เนื่องจากไม่มีใครจะรับรองได้ว่า อุจจาระนั้นมาจากผู้ป่วยหรือไม่ ดังนั้นในการควบคุมคุณภาพอาหาร ส่วนใหญ่จึงมีการตรวจวิเคราะห์ จุลินทรีย์ดัชนีเหล่านี้

จุลินทรีย์ซึ่งมีทั้งเชื้อรา ยีสต์ และแบคทีเรียเป็นสาเหตุหนึ่ง ของการเน่าเสียของอาหารการที่อาหารชนิดใดจะเน่าเสีย เนื่องจากจุลินทรีย์กลุ่มใดนั้นมีปัจจัยที่เกี่ยวข้องหลายประการ ปัจจัยหนึ่งที่สำคัญได้แก่ ความชื้นหรือความแห้งของอาหาร โดยทั่วไปแล้วรา ยีสต์และแบคทีเรียล้วนเจริญได้ดีในที่ที่มีความชื้นสูง แต่ทนความแห้งได้ต่างกัน โดยเชื้อราจะทนความแห้งได้ดีที่สุด ดังนั้น เมื่อความชื้นของอาหารเริ่มลดลงถึงระดับหนึ่งยีสต์และแบคทีเรียหยุดเจริญ แต่เชื้อรายังคงเจริญได้จึงก่อให้เกิดการเน่าเสียของอาหาร หรือที่เรียกกันว่า "ขึ้นรา"

การใช้สารเคมีหรือที่เรียกว่า "สารกันเสียหรือสารกันบูด" ทำลายหรือยับยั้งการเจริญของจุลินทรีย์ในอาหาร เป็นการถนอมอาหารวิธีหนึ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย สารเคมีที่ใช้ได้มีมากชนิดด้วยกัน แต่การจะใช้สารอะไรในปริมาณเท่าใดนั้น ต้องเป็นไปตามกำหนดในประกาศกระทรวงสาธารณสุขของแต่ละประเทศ เนื่องจากการใช้สารเหล่านี้ในปริมาณมากเกินควร อาจก่อให้เกิดอันตรายกับผู้บริโภค นอกจากนั้น เพื่อให้การใช้ได้ผลผู้ใช้ควรจะเข้าใจข้อมูลพื้นฐานบางประการ เกี่ยวกับปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อประสิทธิภาพในการยับยั้ง หรือทำลายจุลินทรีย์ของสารนั้นๆ