La investigación en el Departamento se organiza en torno a 6 grupos consolidados de la UCM-CAM que cubren áreas muy variadas dentro de la Microbiología, desde los patógenos humanos, hongos y bacterias, a los microorganismos del suelo y las aguas, pasando por el estudio de microorganismos modelo y las aplicaciones biotecnológicas. En todas las líneas destaca el uso de la metodología más avanzada en biología molecular, celular, genómica y proteómica.
Tres de los grupos de este Departamento participan en un consorcio de investigación financiado por la Comunidad de Madrid (PROMPT) que integra siete grupos de investigación de distintos centros, laboratorios de servicios y empresas asociadas, y que está coordinado por la Profesora María Molina. Además, estos grupos del Departamento están integrados en el Instituto Ramón y Cajal de Investigación Sanitaria (IRYCIS).
Para la formación de investigadores, el Departamento cuenta con un programa de Doctorado en Microbiología y Parasitología, en coordinación con el Departamento de Parasitología de esta Facultad y el Departamento de Microbiología III de la Facultad de Ciencias Biológicas. También ofrece estancias de formación a estudiantes de Máster y a estudiantes extranjeros a través del programa Erasmus y otras fórmulas de intercambio.

