細菌屬于原核細胞型微生物。
最精確的方法為遺傳學分類方法。
最常用的是經典傳統分類法：按照細菌的親緣關系，界門綱目科屬種型株分類。
科：由共同關系的屬組成，如腸桿菌科；
屬：是種的高一級分類單位，通常包含有共同特征或關系密切的種，用以描述微生物的主要特征，如埃希氏菌屬；
種：是分類等級的基本單位，同一種微生物形態、生理學特征和組成成分基本相同，用以描述微生物的次要特征，如大腸埃希氏菌；
菌株或品系：同一種微生物中不同來源的純培養物，如大腸埃希氏菌CGMCC 1.3373。

二、細菌形態學及形態學檢查法

細菌形態結構主要指細菌的大小、形狀、排列及超微結構。細菌結構與其生理功能、致病性、免疫性有關。

2.1 形態結構
2.1.1 基本形態3類：球菌、桿菌、螺旋菌，桿菌是最常見的形態。

2.1.2 大小
測量細菌大小的單位為微米μm。球菌以直徑表示大小，桿菌以長與寬表示大小，同一種細菌在不同情況下大小形態也有差別：涂片干燥、固定、染色時細菌收縮；快速生長的球菌往往呈短桿狀。
菌齡與細菌大小的關系受許多因素影響，主要與代謝廢物的積累及培養基中滲透壓上升等因素有關。

2.1.3 結構
基本結構：細胞壁、細胞膜、細胞質、核質；
特殊結構：鞭毛、菌毛、莢膜、芽孢等。
菌毛是什么？

菌毛（Pilus）許多革蘭氏陰性菌菌體表面遍布的比鞭毛更為細、短、直、硬、多的絲狀蛋白附屬器，也叫做纖毛（Fimbriae)。其化學組成是菌毛蛋白（Pilin），菌毛與運動無關。菌毛可分為普通菌毛(Commonpilus)和性菌毛(Sexpilus)兩種。普通菌毛長0.3～1.0um,直徑7nm。具有粘著細胞（紅細胞、上皮細胞）和定居各種細胞表面的能力，它與某些細菌的致病性有關。無菌毛的細菌則易被粘膜細胞的纖毛運動、腸蠕動或尿液沖洗而被排除，失去菌毛，致病力亦隨之喪失。性菌毛 有的細菌還有1～4根較長的性菌毛，比普通菌毛而粗，中空呈管狀。性菌毛由質粒攜帶的一種致育因子（Ferility factor）的基因編碼，故性菌毛又稱F菌毛。帶有性菌毛的細菌稱為F+菌或雄性菌，無性菌毛的細菌稱為F-菌或雌性菌。F+菌體內的質粒或染色體DNA可通過中空的性菌毛進入F-菌體內，這個過程稱為接合（conjugation）。細菌的毒性及耐藥性等性狀可通過此方式傳遞，這是某些腸道桿菌容易產生耐藥性的原因之一。

2.2 形態學檢查法
分為不染色標本檢查法和染色標本檢查法。
不染色標本檢查法：依靠普通顯微鏡，雖可觀察細菌大小、形態，但主要用于觀察細菌的動力。
觀察細菌有動力時，應選用新鮮的幼齡培養物（對數期），并在20℃以上室溫中進行，同時應掌握區別細菌真正運動與溶膠的布朗運動。常用的方法有壓滴法、懸滴法、暗視野映光法等。

染色標本檢驗法：分為單染色法、復染色法、特殊染色法。
觀察細菌菌毛應使用鞭毛染色法。
細菌學中最常用的鑒別染色法是革蘭氏染色法。
基本步驟為：涂片→干燥→固定→染色
革蘭氏染色的結果與培養基成分、培養條件及操作技術等有著密切關系。酒精脫色為關鍵步驟。

三、細菌生理學

3.1 化學組成
水、蛋白質、糖類、脂類、無機鹽、核酸、維生素，各種組成隨細菌種類、菌齡、細菌所處環境不同而有差異。
固形成分占菌體質量15%~25%，其中碳、氫、氧、氮四種元素占90%~97%，其他元素占3%~10%。
水分：占細菌質量75%~85%，芽孢約40%。繁殖體內主要是游離水，芽孢內主要是結合水。結合水不易蒸發，不凍結，不能作為溶劑，也不能滲透。
蛋白質：分布在菌體各個組成部分，占菌體固形成分50%~80%。除少量白蛋白、球蛋白等單純蛋白質外，絕大部分與其他物質結合成復合蛋白質，如核蛋白、糖蛋白、脂蛋白等，其中核蛋白含量最高。蛋白質是維持細菌生命活動的最基本物質，是細菌酶類的主要組成部分。
核酸：分RNA（細胞質、細胞膜中，約占固形成分10%）與DNA（染色體、質粒中，占固形成分3%左右）兩種。
糖類：占固形成分10%~30%，主要以多糖形式存在，如莢膜多糖、纖維素、淀粉、糖原等。
脂類：細菌體內能量儲存場所。
無機鹽類：調節劑滲透壓和維持酶活性的作用。
其他：生長因子主要是B族維生素，大多數是菌體內的輔酶成分。色素種類很多，一般都是含氮的有機物。

3.2 物理性狀
帶電現象：菌體蛋白質由許多氨基酸組成。氨基酸是兼性離子，在等電點時，其所帶正電荷與負電荷相等。革蘭氏陽性菌pH2~3，革蘭氏陰性菌pH4~5。一般培養、染色、血清學試驗中，多數為中性或弱堿性環境，pH值高于細菌等電點，均帶負電荷。環境中pH值越高所帶負電荷越多。帶電現象與細菌的染色反應、凝集反應、抑菌、殺菌作用等都有密切關系。

多相膠體：原生質中具有多種蛋白質，成分結構各不相同，為多相膠體，因此可同時進行各種性質不同的生化反應。細胞外濃度較低的化學物質可被原生質中的某一相選擇性的吸收濃縮于細胞內。
表面積：單位體積的表面積比其他大生物的表面積大。每立方厘米葡萄球菌的表面積為60000cm²。因而細菌代謝活躍，繁殖速度很快，同樣對外界環境因素的影響也十分敏感。

布朗運動：在溶液中，因受到分散酶分子的撞擊，發生不移動位置的顫動，叫做布朗運動。

光學性質：菌體呈半透明狀態，光線照射菌體時，一部分光被吸收，一部分光發生散射，所以細菌懸液呈現渾濁現象。

滲透性：細菌的細胞壁和細胞膜都有半滲透性，吸收營養和代謝產物均依賴于這種通透作用。細菌具有堅韌的細胞壁，除能耐受菌體內部的高滲透壓外，還能保護細菌在滲透壓較低的環境中不致破裂，但在純水中也不免吸收水分而脹裂。

3.3 代謝
細菌為了生長繁殖，必須從環境中吸取營養物質作為能源和基本原料，并排出不需要的產物，這些生化過程稱為細菌的代謝，包括分解代謝和合成代謝。
3.3.1 分解代謝及生化反應
定義：將復雜的營養物質分解為簡單的化合物，一方面提供合成菌體成分的原料，一方面從物質分解中獲得能量。
（1）糖類：大多數細菌能利用糖，由于各種細菌所具有的酶系統不同，故分解糖類的能力也不同。基本的糖代謝過程：多糖→單糖→丙酮酸，而丙酸酮進一步分解的后續過程則因各種細菌而異。
1）糖發酵試驗：經常用于細菌的鑒別。如大腸埃希氏菌，使丙酮酸生成甲酸，并由甲酸解氫酶分解甲酸生成CO2和H2，所以分解葡萄糖時產酸產氣；而傷寒桿菌只有使丙酮酸生成甲酸的能力，分解葡萄糖只能產酸不能產氣。
2）V-P試驗：產氣桿菌能使丙酮酸脫羧，生成中性乙酰甲基甲醇。乙酰甲基甲醇在堿性溶液中被大氣中的氧分子氧化，生成紅色化合物，這一反應成為V-P試驗陽性。大腸埃希氏菌不生成乙酰甲基甲醇，故陰性。該實驗腸道菌必做。
3）甲基紅試驗：在上述產氣桿菌培養液中，由于2個分子的丙酮酸已變為1個分子的中性乙酰甲基甲醇（位于有氧無氧分解的交界點上），生成的酸量就相應減少，故pH值相應較高（pH5.4以上），用甲基紅做指示劑時，培養液呈現橘黃色，稱為甲基紅試驗陰性。而大腸埃希氏菌因分解丙酮酸時不產生乙酰甲基甲醇，產生的酸較多，故培養液的pH值下降到4.5或更低，因此甲基紅指示劑呈紅色反應，即陽性。
（2）蛋白質：蛋白質分子量大，不能被菌體直接吸收作為營養基質，有必要先通過細菌的胞外酶，如蛋白酶，把蛋白質分解成為能透進細胞壁與細胞膜的多肽或氨基酸，才能運轉入菌細胞內被利用。細菌分解蛋白質的過程一般為：蛋白質→蛋白䏡（音“示”）→蛋白胨→多肽→氨基酸。不同細菌分解蛋白質的能力不同，可用明膠液化試驗或蛋白質消化試驗來鑒別細菌的種類。氨基端進一步分解主要分三種方式進行：脫氨基作用、脫羧基作用、其他分解作用（生成吲哚、生成硫化氫、分解尿素）。
（3）枸櫞酸鹽利用試驗：產氣桿菌能利用枸櫞酸鹽作為碳源，因而在僅含枸櫞酸鹽而不含其他碳源的培養基上生長，分解枸櫞酸鹽生成碳酸鹽，使培養基由原來的中性變為堿性，以溴麝香草酚藍為指示劑可顯示出培養基由綠色變為深藍色，即枸櫞酸鹽陽性。相反，大腸桿菌不能利用枸櫞酸鹽為唯一碳源，故不能在此培養基上生長，培養基顏色不變，為陰性反應。

3.3.2 合成代謝及其產物
（1）毒素與侵襲性酶：
細菌產生的內毒素和外毒素均有強烈毒性，尤以外毒素為甚。
內毒素為革蘭氏陰性菌的細胞壁成分，即脂多糖，其毒性存在于脂類A部分，當菌體死亡崩解后才游離出來。其性質穩定，加熱至160℃2~4h或用強酸、強堿或強氧化劑加溫煮沸30min才滅活。
外毒素是蛋白質，在細菌生活過程中即可釋放出菌體。產生外毒素的細菌大多是革蘭氏陽性菌，但也有少數革蘭氏陰性菌。其性質不穩定，易被熱（50~60℃20~120min）破壞。
某些細菌還能產生具有侵襲性的酶，能損傷機體組織，如產氣莢膜梭菌的卵磷脂酶、鏈球菌的透明質酸酶等。
（2）熱原質：許多革蘭氏陰性桿菌能產生一種多糖，將它注入人體或動物體內能引起發熱反應，故稱熱原質。121℃20min也不能破壞。用吸附劑和特制石棉濾板可除去輸液中的大部分熱源質，玻璃器皿上的熱原質則需在250℃高溫下干烤才能破壞。如變形桿菌、銅綠假單胞菌（舊稱綠膿桿菌）。
（3）色素：有些細菌在一定條件下（氧氣充足、溫度適宜或暴露陽光）能產生各種顏色的色素。產生的色素有的能溶于水而擴散至周圍環境中，另一些色素為脂溶性不溶于水僅使菌落本身有色。
（4）抗生素：主要是由某些微生物在代謝過程中產生的一種抗生物質，能抑制或殺死某些生物細胞（主要是微生物和腫瘤細胞）。抗生素主要由放線菌和真菌產生，由細菌產生的較少，只有多黏芽孢桿菌產生的一組多肽類抗生素（多黏菌素）和由第一芽孢桿菌產生的多肽類抗生素（桿菌肽）等少數幾種。
（5）細胞素：某系細菌種株間產生的一類具有抗菌作用的蛋白質。與抗生素不同，其抗菌范圍狹窄，僅對產生與細胞素的菌株有近緣關系的細菌才有抑殺作用。由于其具有特異性，已用于細菌種內的分型。
（6）維生素：維生素是細菌必須的生長因子，有些細菌能自己合成，除供菌體本身所需外，也能分泌至菌體外。人體腸道內的大腸埃希氏菌能合成維生素B₆、B₁₂、K₂等，可供人體所需。