Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong các quá trình địa hoạt trong sinh quyển, đặc biệt trong các lĩnh vực biến đổi sinh học các nguyên tố và chu trình sinh địa hóa, biến đổi kim loại và khoáng chất, phân hủy, phong hóa sinh học, và hình thành đất và trầm tích. Tất cả các loại vi sinh vật, bao gồm prokaryotes và eukaryotes cũng như các mối liên kết cộng sinh giữa chúng với nhau và với ‘các sinh vật bậc cao’, đều có thể đóng góp tích cực vào các hiện tượng địa chất, trong đó các quá trình địa vi sinh học chủ yếu liên quan đến các biến đổi của kim loại và khoáng chất. Vi sinh vật có nhiều thuộc tính có thể tác động đến sự thay đổi dạng tồn tại của kim loại, độc tính và độ di động, cũng như sự hình thành hay phân giải hay suy thoái khoáng chất. Những cơ chế này là những thành phần quan trọng trong các chu trình sinh địa hóa tự nhiên cho kim loại cũng như các nguyên tố liên quan trong sinh khối, đất, đá và khoáng sản, ví dụ như lưu huỳnh và photpho, các nguyên tố bán kim loại, actini và các đồng vị phóng xạ kim loại. Ngoài việc quan trọng trong các quá trình sinh quyển tự nhiên, biến đổi kim loại và khoáng chất có thể có những hậu quả tích cực hoặc tiêu cực trong bối cảnh con người. Phục hồi sinh học là việc áp dụng các hệ thống sinh học để làm sạch ô nhiễm hữu cơ và vô cơ, với vi khuẩn và nấm là những sinh vật quan trọng nhất cho việc phục hồi, giữ lại hoặc khử độc các chất ô nhiễm kim loại và các đồng vị phóng xạ. Một số khoáng sinh học hoặc nguyên tố kim loại do vi sinh vật lắng đọng có tính chất xúc tác và những thuộc tính khác ở dạng nanoparticle, tinh thể hoặc keo, và điều này có liên quan đến sự phát triển của các vật liệu sinh học mới cho các mục đích công nghệ và kháng khuẩn. Mặt tiêu cực, các biến đổi kim loại và khoáng chất do vi sinh vật có thể dẫn đến sự hư hại và phá hủy các vật liệu tự nhiên và tổng hợp, vật liệu xây dựng dựa trên đá và khoáng sản (ví dụ: bê tông), nước thải mỏ có tính axit và ô nhiễm kim loại liên quan, ăn mòn sinh học của kim loại, hợp kim và các chất liên quan, và những tác động bất lợi đối với dạng tồn tại của đồng vị phóng xạ, tính di động và khả năng giữ lại, tất cả đều có những hậu quả xã hội và kinh tế to lớn. Sự phổ biến và tầm quan trọng của vi sinh vật trong các quá trình sinh quyển khiến cho địa vi sinh học trở thành một trong những khái niệm quan trọng nhất trong vi sinh vật học, và đòi hỏi một cách tiếp cận liên ngành để xác định ý nghĩa môi trường và ứng dụng cũng như hỗ trợ việc khai thác trong công nghệ sinh học.