Mikroorganismi (grieķu: μικρός (mikros) — ‘mazs’ + ‘organismi’), mikrobi jeb sīkbūtnes[1] ir tik ļoti mazi organismi, ka tos nav iespējams saskatīt ar neapbruņotu aci, bet tikai ar mikroskopu. Mikroorganismi kļūst saredzami ar neapbruņotu aci tikai tad, ja tie ļoti savairojas, piemēram, raugi nefiltrētā alū, tējas sēne (kas patiesībā ir raugu un baktēriju simbiotiska sabiedrība, nevis atsevišķa sēņu suga) vai gļotu slānis uz kanalizācijas caurulēm. No šo būtņu mazajiem izmēriem arī cēlies to nosaukums. Ikdienas valodā tas ir sinonīms vienšūnas organismiem. Mikroorganismu pasaule ir ārkārtīgi daudzveidīga. Pie tiem pieder baktērijas, aktinomicētes, mikroskopiskās sēnes, mikroskopiskās aļģes, vienšūņi un vīrusi.
Mikroorganismi dabā ir sastopami visur, tas ir, gaisā, ūdenī, augsnē, cilvēka ķermenī un citos organismos. Mikroorganismiem ir liela nozīme dabā. Tie piedalās vielu apritē, noārda sarežģītus ķīmiskos savienojumus, kas veidojas augu un dzīvnieku organismos, kā arī sintezē dažnedažādas vielas. Mikroorganismi ir nozīmīgi arī cilvēka uztura veidošanā, piemēram, pienskābes baktēriju darbības rezultātā veidojas skābie piena produkti kā rūgušpiens, kefīrs, siers. Arī dabas resursi kā akmeņogles, nafta, dabasgāze ir veidojušies mikroorganismu darbības rezultātā.
Ar mikroorganismu pētniecību nodarbojas zinātnes nozare mikrobioloģija.