曾经由于放线菌的形态，人们认爲它们是介于细菌和霉菌之间的物种，因此原来它们被分类爲「放线菌目」（Actinomycetes）。但因爲放线菌没有核膜，且细胞壁由肽聚糖组成，和其它细菌一样。目前透过分子生物学方法，放线菌被确定爲细菌的一个大分支。放线菌用革兰氏染色可染成紫色（阳性），和另一类革兰氏阳性菌——厚壁菌门相比，放线菌的GC含量较高。但2012年的研究显示，一些淡水的放线菌的GC含量较低，这些淡水放线菌的GC比可以低至 42% 。放线菌门是重要的细菌门之一，其下包含了最大的属－链霉菌属。系统发生学的