Несмотря на то, что атмосфера является неблагоприятной средой для развития микроорганизмов, последние находятся в ней постоянно. Условия, существующие в атмосфере, не исключают полностью возможности обитания в ней микроорганизмов, особенно в нижних слоях - тропосфере. Здесь постоянно содержатся водяные пары, газообразные азот и углерод и другие элементы. В атмосферу микроорганизмы попадают вместе с пылью. Они находятся там некоторое время во взвешенном состоянии, а затем частично оседают на землю, некоторые же погибают от действия прямых солнечных лучей и высушивания. В сухую солнечную погоду микробы гибнут массами. Благодаря этому микрофлора воздуха немногочисленна. Она зависит от микрофлоры и состояния почвы, над которой расположен исследуемый слой воздуха. Над окультуренной, богатой органическим веществом почвой гораздо больше микробов, чем над почвой бесплодных пустынь или над заснеженными полями.

По качественному составу среди микрофлоры воздуха преобладают различные пигментные формы, дающие на плотных средах окрашенные колонии. Это связано с тем, что бесцветные микробы более чувствительны к бактерицидному действию солнечных лучей, в то время как у пигментных форм каротиноиды служат защитой от губительного действия ультрафиолетовой радиации.
Наиболее частыми обитателями воздуха являются дрожжи, грибы, сардины, стафилококки и различные споровые палочки. Неспороносных палочковидных бактерий в воздухе немного, так как у них низкая устойчивость к высушиванию. В воздухе жилых помещений и в особенности в окружении больных могут находиться и болезнетворные микробы.
Количество микроорганизмов и их состав в воздухе меняются в зависимости от многих условий. Сухость почвы, распыленность ее и ветры резко повышают степень загрязненности воздуха микробами. Выпадающие осадки значительно очищают воздух. Меньше всего микробов в воздухе над лесами, морями и снегами. По исследованиям Б. Л. Исаченко, воздух над местами, покрытыми круглый год снегом, можно считать абсолютно чистым. В таких условиях на бактериальную чашку за час оседает 1-2 микроба.
Работники полярной экспедиции О. Ю. Шмидта в 1930 г. установили исключительную чистоту воздуха Крайнего Севера. Так, воздух Новой Земли почти свободен от микроорганизмов. Больше всего микроорганизмов приходится на слои воздуха, расположенные над промышленными городами, над которыми стоит много пыли, но по мере подъема вверх количество их снижается.
Содержание микробов в воздухе зависит и от времени года. Меньше всего их зимой и больше летом, так как зимой почва покрыта снегом и воздух непосредственно с ней не соприкасается. Летом же ветер поднимает с земли пыль, а вместе с ней и массу микробов. Заселенность воздуха весной и осенью занимает среднее положение между летней и зимней заселенностью, так как в это время часто идут дожди и ветер поднимает меньше пыли с влажной почвы.
Воздух закрытых помещений зимой, наоборот, богаче микроорганизмами, чем летом. Это объясняется тем, что зимой человек большую часть времени проводит в помещении. Особенно велико число микроорганизмов в многолюдных общественных помещениях - в кинотеатрах, школах, здесь воздух нагревается, обогащается влагой, загрязняется пылью и примесью газообразных и парообразных продуктов. Мельчайшие капли жидкости могут адсорбировать различные органические вещества, попадающие в воздух, и давать, таким образом, возможность микроорганизмам, находящимся в каплях, размножаться. Так воздушная среда обеспечивает не только временное пребывание там микроорганизмов, но иногда даже благоприятствует их развитию.
Микроорганизмы, содержащиеся в воздушной среде, могут явиться причиной различных инфекционных заболеваний - гриппа, ангины, кори, скарлатины и др.
Микробиологическое исследование атмосферного воздуха, а также воздуха закрытых помещений занимает важное место при осуществлении очистки его от бактериального загрязнения как мера борьбы с аэрогенными инфекциями.
В настоящее время изучению микробиологии атмосферы уделяется большое внимание в связи с освоением космоса.