結核桿菌細長，微彎，兩端鈍圓，常呈分枝狀排列，其長2～5微米，寬約0.2～0.5微米；在電子顯微鏡下可以見到菌體的最外層爲細胞膜，內爲細胞質膜，其中含有細胞質，內有許多顆粒，可能是線粒體類物質。結核桿菌用苯胺類染色後，不易爲酸性脫色劑脫色，故又稱抗酸桿菌。
結核桿菌生長緩慢，其分裂繁殖週期爲14～22小時，主要營養要求是甘油、天門冬氨酸或穀氨酸，以及無機鹽類如磷、鉀、硫、鎂和少量的鐵等，爲需氧菌，最適合生長環境爲pH7.4，氧分壓（PO2）13.3～18.7kPa（100～140mmHg），當pH不適宜及PO2較低時，如閉合病竈及巨噬細胞內結核桿菌代謝不活躍，生長繁殖緩慢或停滯，但同時不易爲抗癆藥所殺滅而成爲日後復發之根源。
結核桿菌可分爲4型：人型、牛型、鳥型和鼠型，對人有致病力者主要爲人型，其次爲牛型，感染鳥型者甚少，國內尚未見報道。牛型結核桿菌感染主要是因牛乳管理及消毒不善，飲用病牛的乳品而得，目前已少見。
結核桿菌抵抗力較強，在室內陰暗潮溼處能存活6個月，結核桿菌在陽光直接照射下2小時死亡，紫外線照射只需10～20分鐘即可死亡。使用紫外線時，應注意照射範圍大小及照射距離遠近而決定照射時間，如距離1米，範圍1.2米，照射時間20分鐘，即可殺死結核桿菌。結核桿菌對酸、鹼和酒精等有較強的抵抗力，溼熱對其殺菌力較強，在65℃30分鐘、70℃10分鐘、80℃5分鐘，煮沸1分鐘即可殺死，乾熱100℃需20分鐘以上才能殺死，因此乾熱滅菌時溫度要高，時間要長。一般來說，痰內結核桿菌消毒時間要長，因痰內黏蛋白在菌體周圍形成保護層，射線和消毒劑較難穿透，因此消毒痰須用5%石炭酸或20%漂白粉，消毒須經24小時處理才較爲安全。5%～12%來蘇水接觸2～12小時，70%酒精接觸2分鐘均可殺死結核桿菌。
結核桿菌的耐藥性
抗結核藥物需長期使用，當不規則使用或藥物單用及劑量不足時，易出現耐藥菌株。實驗和臨牀實踐證明：合併用藥可延緩或減少耐藥性的發生，近年來對原發耐藥菌株所致結核感染已越來越引起注意。
1、呼吸道傳染：
是主要的傳染途徑，健康兒吸入帶菌的飛沫或塵埃後可引起感染，產生肺部原發病竈。
2、消化道傳染：
多因飲用未消毒的污染牛型結核桿菌的牛奶或污染人型結核桿菌的其他食物而得病，多產生咽部或腸道原發病竈。
3、其他傳染：
經皮膚傳染極少見，先天性結核病傳染途徑爲經胎盤或吸入羊水感染，多於出生後不久發生粟粒性結核病，母親產前多患有全身性結核，主要爲粟粒性結核病，或生殖器結核。
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