引起疾病的微生物种类繁多，总称为病原微生物。饮用水中存在的病原微生物大致可分为三类:细菌、病毒、原生动物。

细菌是原核生物，常见的病原细菌有致病性大肠杆菌、结核杆菌、痢疾杆菌、伤寒杆菌、霍乱杆菌等。尽管目前已经能够直接检测出许多病原微生物，但是环境微生物学家通常使用指示生物作为人类病原体可能污染水体的指标。到目前为止，大肠杆菌被认为是最合适的指示微生物。大肠杆菌会使饮用者肠道外感染，急性腹泻。在日常的水质检测中，通常以菌落总数，大肠杆菌群为指标表示水中细菌的灭活程度。长期实践表明，只要1L水中检测出的大肠杆菌数少于三个，饮用者感染肠道疾病的可能性就很小。

病毒是仅含有核酸(DNA或RNA)且必须在电子显微镜下才能观察到的一类非细胞型微生物。饮用水中常见的病毒包括肠病毒、胃肠炎病毒、甲肝病毒、骨髓灰质炎病毒、腺病毒等。甲肝病毒会导致肝功能障碍，肝炎等疾病。

原生动物是动物界最原始、最简单、最低等的单细胞动物。由贾地鞭毛虫和隐孢子虫引起的疾病爆发次数最多。贾地鞭毛虫和隐孢子虫均会使接触者患长期慢性疾病和腹泻痢疾。