Zavod za kliničku mikrobiologiju danas objedinjuje tri odjela koji se bave dokazivanjem bakterijskih, virusnih i parazitskih infekcija. Iako je mikrobiološka dijagnostika u ograničenom opsegu bila prisutna u Klinici od samog početka rada Klinike kao civilne bolnice, klinička mikrobiologija se u Klinici počinje razvijati od 1966. godine dolaskom prvog liječnika specijaliste mikrobiologa, dr. Tere Tambić. Od tada se znatno povećava broj uzoraka i raznovrsnost mikrobioloških pretraga te se njeguje bliska suradnja kliničara i mikrobiologa koju je prvi u državi osmislio i poticao prof.dr. Fran Mihaljević.
Klinički mikrobiološki laboratorij iz 1960-tih godina razvijao se u smjeru brze dijagnostike, po načelu uzimanja i nasađivanja uzoraka što bliže uz bolesnički krevet. Svaki od voditelja laboratorija (prim.dr.sc. Tera Tambić, dr. Boris Gmajnički, prim.dr. Nataša Škerk-Kuzmanović, prof.dr.sc. Arjana Tambić Andrašević) dao je svoj osebujan doprinos u razvoju laboratorija. Od samih početaka rada kliničkog mikrobiološkog laboratorija znatno se unapređuje etiološka dijagnostika bakterijskih meningitisa, bakterijemija i urinarnih infekcija. Laboratorij se prvi u državi, početkom 1970-tih počeo baviti problemom bolničkih infekcija. Početkom 1980-tih godina proširuje se u skladu sa suvremenim dostignućima dijagnostike uzročnika crijevnih infekcija. Današnji Odjel za bakteriologiju i bolničke infekcije Zavoda za kliničku mikrobiologiju njeguje bogato nasljeđe dugogodišnjeg rada laboratorija uz uvođenje novih metoda suvremene dijagnostike. Laboratorij danas uključuje Odsjek za bakteriološku molekularnu dijagnostiku te Odsjek za bolničke infekcije. Odjel za bakteriologiju održava redovite kontakte s nekoliko inozemnih institucija (UMDS Guy”s, King”s and St. Thomas’s Hospitals, London, UK; Sera and Vaccine Institute, Warsaw, Poland; National Institute for Public Health and the Environment (RIVM), Bilthoven, the Netherlands) te se bavi i znanstvenim radom. Odjel je nositelj brojnih aktivnosti na području praćenja rezistencije bakterija na antibiotike te vodi Referentni centar Ministarstva zdravstva za praćenje rezistencije bakterija na antibiotike. Laboratorij obrađuje preko 100 000 uzoraka godišnje.
Odlukom rukovodstva Klinike 1998. godine dijagnostika virusnih bolesti, osim HIV-a i hepatitisa, izdvojena je kao djelatnost iz Imunološkog laboratorija i osnovan je Odsjek za serološku dijagnostiku unutar Odjela za kliničku mikrobiologiju. Prema novom Statutu Klinike od 2008. godine Odsjek postaje Odjel za virologiju Zavoda za kliničku mikrobiologiju. Voditelj Odjela je mr.sc. Oktavija Đaković Rode. U Odjelu za virologiju obavlja se dijagnostika virusnih bolesti te bolesti uzrokovanih uzročnicima koji se ne mogu uzgajati ili se uzgajaju teško. Odjel razvija prvenstveno metode neizravne dijagnostike koja se zasniva na dokazu specifičnog humoralnog imunosnog odgovora te brze metode dokazivanja antigena mikroorganizama.
Parazitološki laboratorij se razvijao uz ambulantu za crijevne zarazne bolesti, gdje je i danas smješten. Odjel za parazitologiju Zavoda za kliničku mikrobiologiju Klinike danas predstavlja programsku cjelinu u kojoj se obavljaju dijagnostički postupci za uže područje infektologije, tj. ciljane parazitološke pretrage biološkog materijala. U rutinskom radu Odjela rješava se parazitološka problematika drugih Klinika i zdravstvenih ustanova, te vanjskih bolesnika.
