微生物宏基因组（microbial metagenome），理学-生态学-微生物生态学-环境微生物组-微生物宏基因组，环境样品中所有微生物遗传物质的总和。微生物宏基因组强调将环境中全部微生物的遗传信息看作一个整体，对环境样品中微生物基因组的总和进行研究，避开了对单一微生物分离培养的过程，揭示微生物之间及其与环境之间的相互作用规律。根据分析对象和实验目的，环境微生物宏基因组研究基本上可以分为核糖体 rRNA基因（rDNA，包括细菌和古菌16S rDNA或真菌18S、28S rDNA和ITS）的分类和鉴定，特定功能基因（如固氮还原酶nifH基因、氨单加氧酶amoA基因等）的多样性和类群分析，以及全部宏基因组DNA的整体测序和分析等。微生物宏基因组的研究手段以高通量测序和基因芯片技术为代表。测序技术可以发现新物种和新基因，但由于测序深度有限，定量效果差，不易发现低丰度物种。基因芯片技术克服了这些局限，但不易于发现新基因。相对而言，高通量测序技术的应用更为普遍，它促进了组学技术在环境微生物学研究中的广泛应用，能够准确地反映生境中微生物群落的组成、结构以及遗传进化关系。