一个小型、好氧、不具活动性的细菌，属于分枝桿菌属。结核桿菌的生长速度与其他细菌相比非常缓慢，细胞每16至20小时才分裂一次，而其他细菌一般则不到半小时即分裂一次。结核桿菌还有一个特殊的双层脂质外膜。细胞壁富含脂质是分枝桿菌属特有的临床特征，使用一般的革兰氏染色鑑定，会出现不明显的阳性反应或无法被染上色的现象，原因就是其细胞壁中富含脂质以及（一种脂肪酸）。在自然界，结核桿菌只能生长于宿主个体的细胞中，但在实验室中可在试管内培养。医检师可利用组织染色法处理痰液检体，便可用显微镜鑑别出结核桿菌。因为结核桿菌染色