Do mikroorganizmów glebowych zaliczamy: bakterie, archeony, wirusy, niektóre grzyby, glony oraz pierwotniaki. W środowisku glebowym znaczenie mikroorganizmów przejawia się miedzy innymi w postaci tworzenia przez nie struktury gruzełkowatej gleby, ponadto są odpowiedzialne za mineralizację substancji organicznej, dostarczając przy tym roślinom łatwo przyswajalnych składników pokarmowych. Od działalności mikroorganizmów zależy prawidłowe użyźnienie gleby, gdyż odpowiedzialne są one za przetwarzanie substancji glebowych i obieg pierwiastków istotnych dla wielu procesów zachodzących w środowisku glebowym. W pobliżu korzeni roślin, czyli w tzw. rizosferze, mikroorganizmy są bardzo aktywne i odgrywają istotną rolę w kształtowaniu warunków rozwoju roślin.
Nie tylko ułatwiają roślinom pobieranie składników mineralnych, ale także chronią je przed patogenami. Drobnoustroje są w stanie „rozpoznawać” swoich roślinnych żywicieli, dlatego każdy gatunek roślin ma inny zespół mikroorganizmów zasiedlający tkanki jego korzeni. Z tego powodu uproszczone zmianowanie, lub jego brak, znacząco zubaża różnorodność mikroorganizmów w glebie.
Obumarłe organizmy glebowe są rozkładane przez mikroorganizmy, a produkty rozkładu są budulcem dla próchnicy glebowej (humusu), wpływającej na podstawowe właściwości chemiczne i fizyczne gleby. Próchnica glebowa odpowiedzialna jest za utrzymanie prawidłowej struktury gleby, jej zdolności retencji wody, wpływa także na odporność gleby na erozję wietrzną czy wodną. Zawartość próchnicy w glebach mineralnych jest jednym z głównych wskaźników ich żyzności.
Bardzo cennym elementem ekosystemu glebowego jest obecność bakterii dostarczających roślinom azotu. Niektóre z bakterii mogą wiązać azot z powietrza, żyjąc samodzielnie w glebie, co wymaga jednak prawidłowego pH i obecności pożywienia – np. resztek pozbiorowych. Bakterie żyjące w symbiozie z roślinami bobowatymi (np.: grochem, bobikiem, koniczyną, lucerną, łubinem, czy seradelą) wiążą dużo większe ilości azotu atmosferycznego. Resztki pozbiorowe roślin bobowatych są nie tylko cennym źródłem azotu dla roślin następczych uprawianych w zmianowaniu, ale także niezwykle istotnym czynnikiem pozytywnie oddziałującym na strukturę i pozostałe parametry żyzności gleby.
Aktywność mikrobiologiczna gleb jest istotnym wskaźnikiem urodzajności i żyzności ekosystemu glebowego, ponadto dostarcza cennych informacji o zmianach zachodzących w środowisku na skutek oddziaływań zarówno czynników niezależnych, jak i zależnych od człowieka. Obecne w glebie mikroorganizmy wydzielają do gleby szereg ważnych enzymów odpowiedzialnych za prawidłowe funkcjonowanie ekosystemu glebowego. W głównej mierze są one odpowiedzialne za rozkład substancji organicznych i tworzenie próchnicy glebowej. Ponadto umożliwiają roślinom czerpanie z dostępnych w glebie substancji mineralnych (biorą udział w przemianach azotu, fosforu, siarki oraz innych pierwiastków występujących w środowisku), uczestniczą w procesach detoksykacji zanieczyszczeń (np. rozkładu środków ochrony roślin) oraz nitryfikacji i denitryfikacji, biorą udział w degradacji lignin, celulozy i innych składników komórek roślinnych. Mikroorganizmy produkują związki chelatujące, które wspomagają pobieranie mikroelementów przez rośliny. Liczebność drobnoustrojów glebowych, jak również aktywność gleb, zależy od wielu czynników, np. pH gleby, wilgotności gleby oraz zawartości w niej materii organicznej. Rozwój i aktywność drobnoustrojów zależy od wielu czynników środowiska, takich jak pH, zawartość substancji organicznych i poszczególnych pierwiastków, a zwłaszcza wilgotności i temperatury, ale także sposobu uprawy i ochrony roślin.
Wśród mikroorganizmów glebowych znajdują się również takie, które oddziałują – z naszego punktu widzenia – negatywnie, wywołując np. choroby roślin.
Największy udział w ekosystemie glebowym należy do saprotrofów reprezentowanych przez bakterie, czy grzyby, które wykorzystują mechanizm zwany oddziaływaniem antagonistycznym (np. konkurencja, pasożytnictwo, drapieżnictwo) wobec patogenów, polegający na zależności międzygatunkowej wśród występujących populacji, prowadzącej do niekorzystnych skutków dla jednej lub obu stron. Ponadto w środowisku glebowym dochodzi do uaktywniania mechanizmów pomagających przetrwać mikroorganizmom trudne warunki środowiska, w którym żyją. Do takich zjawisk zaliczamy stan zwany anabiozą (stan obniżenia aktywności organizmu), nadpasożytnictwo (stan w którym żywicielem pasożyta staje się inny pasożyt, z korzyścią dla żywiciela głównego), czy bardziej znana mikoryza (symbioza wielu grzybów z korzeniami roślin, także uprawnych). W praktyce sprowadza się to do utrzymywania równowagi, chroniącej przed nadmiernym rozwojem patogenów.
Kiedy środowisko glebowe nie potrafi poradzić sobie z nagromadzeniem patogenów, niezbędne jest działanie człowieka. Ochronę przed patogenami można prowadzić zarówno poprzez ochronę biologiczną (np.: szczepienie roślin, stosowanie biologicznych preparatów ochrony roślin), mechaniczną (zabiegi poprawiające stan gleby), agronomiczną (terminy siewu, następstwo roślin) oraz poprzez stosowanie zabiegów chemicznych w postaci odpowiednich środków ochrony roślin i gleby. W ochronie biologicznej najczęściej stosuje się organizmy antagonistyczne, a także wyżej wymienione zjawisko nadpasożytnictwa.
Ponadto dużą rolę dla zwiększenia aktywności mikroorganizmów w glebie odgrywają szczepienia – na przykład szczepionki dla roślin bobowatych potrafią wyraźnie zwiększyć wiązanie azotu atmosferycznego, co skutkuje lepszym plonem tych roślin. Ogromna rolę ma tu także właściwa regulacja pH gleby.