結核分枝桿菌復合群包括結核分枝桿菌、牛分枝桿菌、非洲分枝桿菌和田鼠分枝桿菌，引起人類疾病的主要是結核分枝桿菌。結核分枝桿菌大小為0.3-0.6um×1-4um，細小而略彎，兩端略鈍。抗酸染色是其重要特性，臨床上一旦在標本中發現抗酸染色陽性的細菌絕大多數代表結核分枝桿菌,仍需要培養及進一步的菌種鑒定。結核菌生長緩慢，至少需要2-4周才有可見菌落。

　　結核菌細胞壁富含脂質，約占細胞壁的60%，主要的成分是分枝菌酸和酸化海藻糖。前者是抗酸著色反應的物質基礎;后者包括海藻糖雙分枝菌酸和硫甘酸，分別具有介導肉芽腫形成和促進細菌在吞噬細胞內存活的作用。細胞壁中尚含有脂多糖，其中脂阿拉伯甘露聚糖具有廣泛的免疫原性,生長中的結核菌能大量產生，是血清學診斷中應用較多的一類抗原物質。