细菌属于原核细胞型微生物。
最精确的方法为遗传学分类方法。
最常用的是经典传统分类法：按照细菌的亲缘关系，界门纲目科属种型株分类。
科：由共同关系的属组成，如肠杆菌科；
属：是种的高一级分类单位，通常包含有共同特征或关系密切的种，用以描述微生物的主要特征，如埃希氏菌属；
种：是分类等级的基本单位，同一种微生物形态、生理学特征和组成成分基本相同，用以描述微生物的次要特征，如大肠埃希氏菌；
菌株或品系：同一种微生物中不同来源的纯培养物，如大肠埃希氏菌CGMCC 1.3373。

细菌形态结构主要指细菌的大小、形状、排列及超微结构。细菌结构与其生理功能、致病性、免疫性有关。

2.1 形态结构
2.1.1 基本形态

3类：球菌、杆菌、螺旋菌，杆菌是最常见的形态。

2.1.2 大小
测量细菌大小的单位为微米（μm）。球菌以直径表示大小，杆菌以长与宽表示大小，同一种细菌在不同情况下大小形态也有差别：涂片干燥、固定、染色可使细菌收缩；快速生长的球菌往往呈短杆状。
菌龄与细菌大小的关系受许多因素影响，主要与代谢废物的积累及培养基中渗透压上升等因素有关。

2.1.3 结构
基本结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、核质；
特殊结构：鞭毛、菌毛、荚膜、芽孢等。
菌毛是什么？

菌毛（Pilus）：许多革兰氏阴性菌菌体表面遍布的比鞭毛更为细、短、直、硬、多的丝状蛋白附属器，也叫做纤毛（Fimbriae)。其化学组成是菌毛蛋白（Pilin），菌毛与运动无关。菌毛可分为普通菌毛(Commonpilus)和性菌毛(Sexpilus)两种。普通菌毛长0.3～1.0um,直径7nm。具有粘着细胞（红细胞、上皮细胞）和定居各种细胞表面的能力，它与某些细菌的致病性有关。无菌毛的细菌则易被粘膜细胞的纤毛运动、肠蠕动或尿液冲洗而被排除，失去菌毛，致病力亦随之丧失。

性菌毛：有的细菌还有1～4根较长的性菌毛，比普通菌毛而粗，中空呈管状。性菌毛由质粒携带的一种致育因子（Ferility factor）的基因编码，故性菌毛又称F菌毛。带有性菌毛的细菌称为F⁺菌或雄性菌，无性菌毛的细菌称为F^-菌或雌性菌。F⁺菌体内的质粒或染色体DNA可通过中空的性菌毛进入F-菌体内，这个过程称为接合（conjugation）。细菌的毒性及耐药性等性状可通过此方式传递，这是某些肠道杆菌容易产生耐药性的原因之一。

2.2 形态学检查法
分为不染色标本检查法和染色标本检查法。
不染色标本检查法：依靠普通显微镜，虽可观察细菌大小、形态，但主要用于观察细菌的动力。
观察细菌有动力时，应选用新鲜的幼龄培养物（对数期），并在20℃以上室温中进行，同时应掌握区别细菌真正运动与溶胶的布朗运动。常用的方法有压滴法、悬滴法、暗视野映光法等。

染色标本检验法：分为单染色法、复染色法、特殊染色法。
观察细菌菌毛应使用鞭毛染色法。
细菌学中最常用的鉴别染色法是革兰氏染色法。
基本步骤为：涂片→干燥→固定→染色
革兰氏染色的结果与培养基成分、培养条件及操作技术等有着密切关系。酒精脱色为关键步骤。

3.1 化学组成
水、蛋白质、糖类、脂类、无机盐、核酸、维生素，各种组成随细菌种类、菌龄、细菌所处环境不同而有差异。
固形成分占菌体质量15%~25%，其中碳、氢、氧、氮四种元素占90%~97%，其他元素占3%~10%。
水分：占细菌质量75%~85%，芽孢约40%。繁殖体内主要是游离水，芽孢内主要是结合水。结合水不易蒸发，不冻结，不能作为溶剂，也不能渗透。
蛋白质：分布在菌体各个组成部分，占菌体固形成分50%~80%。除少量白蛋白、球蛋白等单纯蛋白质外，绝大部分与其他物质结合成复合蛋白质，如核蛋白、糖蛋白、脂蛋白等，其中核蛋白含量最高。蛋白质是维持细菌生命活动的最基本物质，是细菌酶类的主要组成部分。
核酸：分RNA（细胞质、细胞膜中，约占固形成分10%）与DNA（染色体、质粒中，占固形成分3%左右）两种。
糖类：占固形成分10%~30%，主要以多糖形式存在，如荚膜多糖、纤维素、淀粉、糖原等。
脂类：细菌体内能量储存场所。
无机盐类：调节剂渗透压和维持酶活性的作用。
其他：生长因子主要是B族维生素，大多数是菌体内的辅酶成分。色素种类很多，一般都是含氮的有机物。

3.2 物理性状
带电现象：菌体蛋白质由许多氨基酸组成。氨基酸是兼性离子，在等电点时，其所带正电荷与负电荷相等。革兰氏阳性菌pH2~3，革兰氏阴性菌pH4~5。一般培养、染色、血清学试验中，多数为中性或弱碱性环境，pH值高于细菌等电点，均带负电荷。环境中pH值越高所带负电荷越多。带电现象与细菌的染色反应、凝集反应、抑菌、杀菌作用等都有密切关系。

多相胶体：原生质中具有多种蛋白质，成分结构各不相同，为多相胶体，因此可同时进行各种性质不同的生化反应。细胞外浓度较低的化学物质可被原生质中的某一相选择性的吸收浓缩于细胞内。
表面积：单位体积的表面积比其他大生物的表面积大。每立方厘米葡萄球菌的表面积为60000cm²。因而细菌代谢活跃，繁殖速度很快，同样对外界环境因素的影响也十分敏感。

布朗运动：在溶液中，因受到分散酶分子的撞击，发生不移动位置的颤动，叫做布朗运动。

光学性质：菌体呈半透明状态，光线照射菌体时，一部分光被吸收，一部分光发生散射，所以细菌悬液呈现浑浊现象。

渗透性：细菌的细胞壁和细胞膜都有半渗透性，吸收营养和代谢产物均依赖于这种通透作用。细菌具有坚韧的细胞壁，除能耐受菌体内部的高渗透压外，还能保护细菌在渗透压较低的环境中不致破裂，但在纯水中也不免吸收水分而胀裂。

3.3 代谢
细菌为了生长繁殖，必须从环境中吸取营养物质作为能源和基本原料，并排出不需要的产物，这些生化过程称为细菌的代谢，包括分解代谢和合成代谢。
3.3.1 分解代谢及生化反应
定义：将复杂的营养物质分解为简单的化合物，一方面提供合成菌体成分的原料，一方面从物质分解中获得能量。
（1）糖类：大多数细菌能利用糖，由于各种细菌所具有的酶系统不同，故分解糖类的能力也不同。基本的糖代谢过程：多糖→单糖→丙酮酸，而丙酸酮进一步分解的后续过程则因各种细菌而异。
1）糖发酵试验：经常用于细菌的鉴别。如大肠埃希氏菌，使丙酮酸生成甲酸，并由甲酸解氢酶分解甲酸生成CO₂和H₂，所以分解葡萄糖时产酸产气；而伤寒杆菌只有使丙酮酸生成甲酸的能力，分解葡萄糖只能产酸不能产气。
2）V-P试验：产气杆菌能使丙酮酸脱羧，生成中性乙酰甲基甲醇。乙酰甲基甲醇在碱性溶液中被大气中的氧分子氧化，生成红色化合物，这一反应成为V-P试验阳性。大肠埃希氏菌不生成乙酰甲基甲醇，故阴性。该实验肠道菌必做。
3）甲基红试验：在上述产气杆菌培养液中，由于2个分子的丙酮酸已变为1个分子的中性乙酰甲基甲醇（位于有氧无氧分解的交界点上），生成的酸量就相应减少，故pH值相应较高（pH5.4以上），用甲基红做指示剂时，培养液呈现橘黄色，称为甲基红试验阴性。而大肠埃希氏菌因分解丙酮酸时不产生乙酰甲基甲醇，产生的酸较多，故培养液的pH值下降到4.5或更低，因此甲基红指示剂呈红色反应，即阳性。
（2）蛋白质：蛋白质分子量大，不能被菌体直接吸收作为营养基质，有必要先通过细菌的胞外酶，如蛋白酶，把蛋白质分解成为能透进细胞壁与细胞膜的多肽或氨基酸，才能运转入菌细胞内被利用。细菌分解蛋白质的过程一般为：蛋白质→蛋白䏡（音“示”）→蛋白胨→多肽→氨基酸。不同细菌分解蛋白质的能力不同，可用明胶液化试验或蛋白质消化试验来鉴别细菌的种类。氨基端进一步分解主要分三种方式进行：脱氨基作用、脱羧基作用、其他分解作用（生成吲哚、生成硫化氢、分解尿素）。
（3）枸橼酸盐利用试验：产气杆菌能利用枸橼酸盐作为碳源，因而在仅含枸橼酸盐而不含其他碳源的培养基上生长，分解枸橼酸盐生成碳酸盐，使培养基由原来的中性变为碱性，以溴麝香草酚蓝为指示剂可显示出培养基由绿色变为深蓝色，即枸橼酸盐阳性。相反，大肠杆菌不能利用枸橼酸盐为唯一碳源，故不能在此培养基上生长，培养基颜色不变，为阴性反应。

3.3.2 合成代谢及其产物
（1）毒素与侵袭性酶：
细菌产生的内毒素和外毒素均有强烈毒性，尤以外毒素为甚。
内毒素为革兰氏阴性菌的细胞壁成分，即脂多糖，其毒性存在于脂类A部分，当菌体死亡崩解后才游离出来。其性质稳定，加热至160℃，2~4h或用强酸、强碱或强氧化剂加温煮沸30min才灭活。
外毒素是蛋白质，在细菌生活过程中即可释放出菌体。产生外毒素的细菌大多是革兰氏阳性菌，但也有少数革兰氏阴性菌。其性质不稳定，易被热（50~60℃，20~120min）破坏。
某些细菌还能产生具有侵袭性的酶，能损伤机体组织，如产气荚膜梭菌的卵磷脂酶、链球菌的透明质酸酶等。
（2）热原质：许多革兰氏阴性杆菌能产生一种多糖，将它注入人体或动物体内能引起发热反应，故称热原质。121℃，20min也不能破坏。用吸附剂和特制石棉滤板可除去输液中的大部分热源质，玻璃器皿上的热原质则需在250℃高温下干烤才能破坏。如变形杆菌、铜绿假单胞菌（旧称绿脓杆菌）。
（3）色素：有些细菌在一定条件下（氧气充足、温度适宜或暴露阳光）能产生各种颜色的色素。产生的色素有的能溶于水而扩散至周围环境中，另一些色素为脂溶性不溶于水仅使菌落本身有色。
（4）抗生素：主要是由某些微生物在代谢过程中产生的一种抗生物质，能抑制或杀死某些生物细胞（主要是微生物和肿瘤细胞）。抗生素主要由放线菌和真菌产生，由细菌产生的较少，只有多黏芽孢杆菌产生的一组多肽类抗生素（多黏菌素）和由第一芽孢杆菌产生的多肽类抗生素（杆菌肽）等少数几种。
（5）细胞素：某系细菌种株间产生的一类具有抗菌作用的蛋白质。与抗生素不同，其抗菌范围狭窄，仅对产生与细胞素的菌株有近缘关系的细菌才有抑杀作用。由于其具有特异性，已用于细菌种内的分型。
（6）维生素：维生素是细菌必须的生长因子，有些细菌能自己合成，除供菌体本身所需外，也能分泌至菌体外。人体肠道内的大肠埃希氏菌能合成维生素B₆、B₁₂、K₂等，可供人体所需。