微生物提高石油采收率技术是将适合的微生物注入油藏，通过微生物在油藏中繁衍带来的变化提升采收率的技术。在微生物繁衍过程中，它们吃掉油藏中的营养物质，争夺并占领生存的空间，促进周围环境中物质的转化，排出更具化学活性的新物质。在微生物吃与化的过程中产生的活性物质参与油藏中液相和固相的相互作用，改变石油—岩石—水界面性质，改变石油的某些物理化学特征，改善石油的流动性质，进而提高石油采收率。
微生物采油的主要机理包括降低石油黏度、降低油水界面张力、增强石油的流动能力、改善驱替剂的波及效率、封堵储层岩石中的大孔道等。降低黏度的机理是在微生物菌种以石油为碳源的繁衍过程中，降解大相对分子质量的烷烃，从而使石油的平均相对分子质量减小。同时，微生物也会促进氧化作用，产生醇、酮、酸等极性有机化合物或生物表面活性剂，这些极性有机化合物具有很好的表面活性，能够降低油水界面张力，从而减缓毛细管滞留效应。在石油降解过程中，较大分子降解形成了H2，CO2，CH4等气体，这些气体或者溶解在油中使石油体积膨胀，从而降低石油的密度，增加其流动能力，促使剩余油流动起来；或者溶解在水中减小水的pH值，从而能够对地层岩石中的矿物质（如碳酸盐）产生腐蚀作用增加地层的渗透率，改善地层流体的流动能力。微生物的成长可以形成较大的群落，往往会堵塞大的孔道，同时其代谢物中包含的高分子生物聚合物溶入水中使水的黏度增大，这两种因素都使水在地层中的穿行能力减弱，从而使得注入水有更多机会被挤入较小孔道中，提升了驱油的波及效率。
微生物采油技术是一种相对复杂的应用技术，需要根据油藏的生物适应性和微生物的功能性进行双向筛选。对于油藏的生物适应性而言，主要是温度、有害物质含量等条件不要超出微生物的耐受能力。而微生物的功能性，则是以解决特定的问题为目标进行选择。
对于具体菌种的筛选，有自然界筛选、油层微生物直接利用和人工改良等多条途径。从自然界筛选菌种是最常用的方法，直接利用油层微生物则较为方便。但有时天然的菌种性能不一定很完善，可能存在一些瑕疵，这时可以采用人工改良的方法。人工改良菌种有两种方式，一种是促进菌种的自然变异，将变异的新品种分离出来专门培养，从中选出性能更加优异的品种进行应用。另一种是利用遗传工程手段，通过基因改造使菌种的性能达到要求。
选定了合适的油藏和适宜的微生物，就可以实施微生物采油了。将培养的微生物和营养液注入油层（或将营养液注入油层，激活油藏中原始固有的微生物——内源微生物），微生物菌种将储油层作为一个巨大的发酵罐。根据注入菌种方式的不同，微生物采油方法又可分为单井吞吐和微生物驱油技术。单井吞吐技术是在一口井中注入微生物菌种和发酵液后焖井一定时间再开井生产。微生物驱油是在选定的开采井网中，从注入井注入一定量的微生物菌种和发酵液后在顶替液驱替下驱替油层中的石油，在生产井中采油。单井吞吐施工简单、见效快，但增产效果有限；微生物驱油增产油量大，但施工复杂、见效慢。根据不同的油藏和石油性质可选用一种方法或将不同的方法结合使用。
微生物以水为生长介质，以糖作为营养物质，来源广泛，易于获得和应用，尤其是有些微生物可以将石油作为主要的营养源。微生物可从注水管线或从油套环形空间将菌液直接注入地层，不需对管线进行改造和添加专用注入设备，而且可以针对油藏具体条件灵活地调整微生物配方，改变微生物的生长环境。微生物不损坏地层，可在同一口井中反复使用，其代谢产物易于生物降解，不会污染环境。微生物在油层中就地生产各种代谢产物，只要供给足够的营养物质，代谢产物的生产速度就会大于被其他微生物降解的速度。微生物的以上特性，使微生物采油技术具备了施工成本低、工艺简单、操纵方便、容易控制、增产效果持续时间长等优点，同时在生态学方面也具有其他方法无可比拟的优势。因此，微生物采油技术将成为未来极具潜力的石油生产技术。