一类平直或微弯细长有分枝生长趋势的革兰氏阳性杆菌。具抗酸染色特性， 无芽胞， 无运动性， 需氧。过氧化氢酶不稳定， 氧化酶阴性， 能氧化分解葡萄糖。含类脂质较多， 普通染色不易着染。加温或延长染色时间着色后， 盐酸酒精无法使之脱色。DNA的G+C含量为62～70摩尔%。与兽医学关系密切的有结核分枝杆菌和副结核分枝杆菌。

结核分枝杆菌(M. tuberculosis) 包括人型、牛型和禽型。菌体较细长、稍弯曲，平均为(0.3～0.6)×(1～4)微米， 两端钝圆， 单在或成丛排列， 菌体内有2～3个浓染的颗粒， 并具有分枝的特点。常用抗酸染色， 此菌呈红色， 其他非抗酸菌和细胞染成蓝色。培养温度为37℃，pH为6.5～6.8。常用培养基为甘油琼脂和甘油肉汤等。生长缓慢，初代分离培养的牛型菌一般需4～8周才长出菌落;禽型菌发育较快。在固体培养基上的菌落呈颗粒状，灰黄色，表面粗糙，坚硬不易破碎，形似菜花状。在液体培养基的液面上形成粗纹皱膜，培养基保持透明。菌体含大量脂类，对干燥的抵抗力强大。培养物维持在37℃存放12年后，活力与毒性均不变。培养物直接暴露在阳光下2小时即死亡。湿热70～80℃经5～10分钟可杀死，煮沸能迅速杀死。5%石炭酸或5%来苏儿作用12～24小时才能将其杀死。可抵抗4%NaOH、3%HCl或6%H2SO4达半小时，常用于处理有杂菌污染的结核标本。对常用的磺胺药及青霉素和四环素族抗生素不敏感，对链霉素、异烟肼和对氨基水杨酸等敏感。三型结核菌的致病范围都较广，其中以牛型的毒力最强。除牛外，还能使猪、马、山羊、犬、鹿和人等发病。人型除使人发病外，对野生哺乳动物等有较强的传染性;对牛、山羊、猪、猫的病原性差，一般不形成肉眼可见病灶。禽型毒力较弱，除对鸡、鸭等家禽有较强的致病性，对其他动物和人的致病性均较弱。常用抗酸染色法检查此菌，若菌数过少，直接涂片染色检出率不高，可将痰液、脓汁、尿液等进行浓集， 以提高检出率。亦可用经4%NaOH或6%H2SO4处理的病料，接种于固体培养基分离培养，根据培养特性作出鉴定。人型和牛型菌具有非常相似的性状，单纯靠镜检难以鉴别，因兔对牛型较敏感，可作为鉴别方法之一。目前主要应用生化等鉴别试验。人型菌能还原硝酸盐并产生烟酸，而牛型则不能;人型和牛型菌在25℃均不生长，可与其他分枝杆菌相区别，在42℃亦不能生长，这能与禽型菌相鉴别。人型和牛型菌能产生尿素酶，禽型菌则不能。

副结核分枝杆菌(M.paratuberculosis) 是牛副结核病的病原体。为短粗杆菌〔(1～2)×(0.2～0.5)微米〕，无运动性，不形成芽胞、荚膜和鞭毛。在病料中成丛排列或成致密的团块，强抗酸，分布在肠粘膜和粘膜下的细胞内或细胞外。需氧，25～43℃均可生长，最适宜温度为37℃，pH为6.6～7.2。初代培养生长很慢，需4周以上或长达数月才能见到生长。在普通的鸡蛋培养基上不能生长，需在培养基内加其他抗酸菌特别是草分枝杆菌菌体或其提取物才能生长。在培养初期菌落细小呈浅灰色，以后呈小乳头状，随着培养时间的延长，出现皱褶。已适应于固体培养基生长的菌株，能在液体培养基上生长，产生很薄的菌膜，以后逐渐增厚，形成皱褶。对热和化学药品的抵抗力与结核分枝杆菌基本相同。该菌主要使牛发生典型的副结核病，绵羊、山羊、骆驼、鹿等都有易感性。家兔、豚鼠、大鼠、小鼠、鸡、犬等均不易感染。人也不感染。细菌学检查主要作肠粘膜和粪便涂片，经抗酸染色后镜检。

非典型分枝杆菌 是一类具有独特生物学特性，既非结核分枝杆菌也不能归属于腐生性分枝杆菌的细菌，能引起人和动物感染结核病，在世界各地都有发现。这些分枝杆菌并无原发性动物宿主，主要存在土壤内。未发现其在动物之间相互传播，一般侵入业已形成的结核灶内。该菌共有41株，根据生长速度及产生的色素分为光色素菌群、暗处发色菌群、无色素菌群和速生菌群四个群。