Astromicrobiologia, ou exomicrobiologia, é o estudo dos microrganismos no espaço. Esta área do conhecimento se origina a partir de uma abordagem interdisciplinar, que incorpora tanto a microbiologia e astrobiologia. Astrobiologia tem como objetivo compreender as origens da vida e a busca por vida em outros planetas. Sendo os microorganismos a forma de vida mais difundida na Terra, e são capazes de colonização de quase qualquer ambiente (desertos, fumarolas, permafrost, geleiras, oceanos, etc, muitos destes habitados por micro-organismos extremófilos), os cientistas costumam se concentrar em vida microbiana na busca de vida fora da Terra. Além disso, células pequenas e simples evoluem geralmente primeiro,ao invés de organismos multicelulares, e têm maior probabilidade de serem transportados de um planeta para outro, através da teoria da panspermia.

A busca por vida microbiana extraterrestre têm sido focada principalmente em Marte, devido ao seu ambiente promissor e de sua  proximidade com a Terra; no entanto, outros sítios promissores para a presença de vida incluem as luas Europa, Titã e Enceladus. Todos esses locais têm ou tiveram uma história recente água líquida, o que os cientistas acreditam ser o mais importante precursor para a vida biológica. Europa e Enceladus parecem ter grandes quantidades de água em estado líquido escondido sob as camadas de gelo que cobre suas superfícies.

Titã, por outro lado, é apenas um corpo planetário além da Terra com hidrocarbonetos líquidos na superfície. Marte é a principal área de interesse para a busca da vida principalmente por causa de provas convincentes que sugerem atividade superficial da água líquida na história recente. Além disso, Marte tem uma atmosfera que contém abundantes quantidades de carbono e nitrogênio, ambos os elementos essenciais necessários para a vida como conhecemos.