结核分枝杆菌为细长、直或略带弯曲的杆菌，大小为（0.2～0.6）μm×（1～10）μm。本菌无鞭毛、芽胞和荚膜，生长发育期间形成分枝。因此镜下观察时可有分枝，有时呈V形、Y形或条索状、短链状排列。可出现纤毛样的或/和菌丝体样的生长，但是容易断裂成杆状和球状结构，细菌细胞壁脂质含量较高，约占干重的60%，特别是有分枝菌酸（mycolic acid）特征的带有较长支链的蜡样物包围在肽聚糖层的外面，可影响染料的穿入。牛分枝杆菌则比结核杆菌粗而短。

结核分枝杆菌一般用萋-尼（Ziehl-Neelsen）抗酸染色法，以5%石炭酸复红加温染色后可以染上，再用3%盐酸乙醇不易脱色。若再加用亚甲蓝复染，则分枝杆菌呈红色，而其他细菌和背景中的物质为蓝色。

在常见的痰标本涂片中，经抗酸染色，在显微镜下结核杆菌呈红色杆状，细菌数量多时可呈束状或索状或互相聚集呈小丛状等形态，当细菌极多时则聚集成团。

用油镜（100×10）观察情况可参照图2-1。

结核杆菌除上述形态外，由于生长条件变化，化学或物理的因素等影响，尤其在药物的作用下，常常呈现异常形态，有放射状、丝状、短杆状、球状或双球状。

结核杆菌为专性需氧菌，无动力。空气内加入5%～10%的二氧化碳刺激生长，在35～40℃范围内均可生长，最适生长温度为37℃，低于30℃不生长，但牛分枝杆菌最适宜温度为（36±1）℃。最适pH为6.4～7.0。结核分枝杆菌细胞壁的脂质含量较高，影响营养物质的吸收，故生长缓慢。在固体培养基上生长，代时为18～20小时，形成肉眼可见菌落一般需要8天至8周；但液体培养基上稍快，代时为14～15小时。

结核分枝杆菌的初代分离培养应使用选择和非选择培养基。在大部分培养基上菌落多呈粗糙型，表面干燥、粗糙、隆起、厚，呈结节状或颗粒状，边缘薄且不规则，似菜花状，乳灰白色或淡黄色。液体培养时，因结核分枝杆菌胞壁中含大量类脂，疏水性较强，细菌易聚在一起，加之专性需氧，故呈菌膜生长。结核杆菌有毒株在液体培养基内呈索状生长，在半流体培养基内形成菌膜，在中段有颗粒状生长。

结核杆菌对营养要求较高，独特特征之一是专嗜甘油作为碳源。用于结核杆菌分离培养的培养基有多种，如L-J培养基（包括中性、碱性和酸性3种）、丙酮酸钠培养基、Middlebrook 7H10琼脂培养基、Middlebrook 7H11琼脂培养基、Middlebrook 7H9液体培养基等。但最常用的是L-J培养基，内含蛋黄、甘油、马铃薯、无机盐和孔雀绿等。菌落呈颗粒、结节或花菜状，乳白色或米黄色，不透明。在液体培养基中可能由于接触营养面大，细菌生长较为迅速。一般1～2周即可生长。临床标本检查液体培养比固体培养的阳性率高数倍。

结核杆菌在L-J培养基中生长情况如图2-2所示：

有些分枝杆菌在避光时可产生类胡萝卜素，但结核分枝杆菌复合体种属非光产色分枝杆菌，菌落只呈现轻微的黄色，或是浅黄，即使继续在有光处培养，菌落的颜色也不会加深。

结核杆菌生物活性低，且与牛分枝杆菌一样均不能发酵糖类，能产生过氧化氢酶。人型结核杆菌能合成烟酸，还原硝酸盐，耐受噻吩-2-羧酸酰肼，牛型结核杆菌都不具备上述特性。人型和牛型的毒株，中性红试验均阳性，无毒株，则中性红阴性且失去索状生长现象。牛型结核菌可经饮用未消毒的带菌牛乳引起肠道结核感染。显微镜下均为抗酸杆菌，细长稍弯，有时见人字型、Y型分枝，培养生长经生化试验可以鉴别菌型。热触酶试验对区别结核分枝杆菌与非结核分枝杆菌有重要意义。

结核杆菌含有多量的类脂质和蜡质成分，它不论对物理因素或化学因素的作用均较一般致病菌的抵抗力强（含芽胞的细菌除外）。

菌悬液中的结核杆菌在60℃10～30分钟，80℃以上5分钟以内死亡。一般含有结核杆菌的物品，煮沸10分钟以上均可灭菌。结核杆菌有耐低温的特点，0℃以下可生存4～5个月，零下190℃时还保持活力。

直射阳光照射1小时菌数迅速减少，照射4小时全部杀死，265nm紫外线杀菌力最强。结核病人的衣物、被褥等可进行日光消毒。

结核杆菌对干燥有很强的抵抗力，脂质可防止菌体水分丢失，在干燥的痰内可生存6～10个月。但对湿热抵抗力弱，60℃30分钟或80℃以上5分钟以内即失活，因此乳品经巴氏消毒处理后已无危险。

一般消毒剂对结核杆菌杀灭力不大，5%苯酚或2%的三甲酚须作用12～24小时才能杀灭；对4%NaOH、3%HCl、6%H ₂SO ₄有一定的耐受性，可在分离培养时用于处理有杂菌污染的标本和消化标本中的黏稠物质。氯胺和含氯石灰的消毒效果比较可靠；15%的苯酚氢氧化钠钠混合液（粗制苯酚和16%氢氧化钠等量混合放4小时再稀释成15%）消毒效果很好；75%的乙醇5分钟杀死结核杆菌，可用于手的消毒，由于乙醇能凝固蛋白质，不能用于痰的消毒。

结核分枝杆菌可发生形态、菌落、毒力、免疫原性和耐药性等变异。在外界环境作用下可出现变种，粗糙型（R型）菌落毒力强，光滑型（S型）毒力弱。

毒力变异的典型例子是卡介苗（Bacilli Calmette-Guèrin，BCG）的诞生。1908年，Calmette和Guerin两人将有毒的牛分枝杆菌培养于含甘油、胆汁、马铃薯的培养基中，经230次移种传代，历时13年而获得了减毒活菌株，目前广泛用于人类结核病的预防。

结核分枝杆菌L型突变是指细菌发生细胞壁缺陷的变异型。首次在英国Lister医学研究所发现，因此命名为“L型”。结核分枝杆菌变为L型后，失去了原菌形态，具有高度变形性，表现为原生小体、圆球体、巨形体、长丝体等，且形态具有可塑性、滤过性和溶解性，因此L型菌能通过原菌难以通过的生物膜，如血-脑脊液屏障、胎盘屏障等，引起相应的疾病。L型结核杆菌毒力减弱，致病性减少，但可在宿主体内长期潜伏存在，使疾病慢性化。同时在诱因去除的情况下能回复细菌原型，导致疾病复发。