因为绝大多数的古菌都无法在实验室中纯化培养，只能通过环境宏基因组检测来分析。古菌和细菌的大小和形状非常相似，但少数古菌有不寻常的形状，如嗜盐古菌拥有平面正方形的细胞。尽管看起来与细菌更相似，但古菌与真核生物的亲缘关系更为密切，特别是在一些代谢途径（如转录和转译）有关酶的相似性上。古菌还有一些性状是独一无二的，比如由依赖醚键构成的细胞膜。与真核生物相比，古菌有更多的能量来源，从熟悉的有机物糖类到氨到金属离子直到氢气。，如可以以太阳光为能源，其它一些种类的古菌能进行；没有一种古菌能像蓝藻与植物进行光合作用。