結核分枝桿菌為細長略帶彎曲的桿菌，大小1～4X0.4μm。牛分枝桿菌則比較粗短。分枝桿菌屬的細菌細胞壁脂質含量較高，約占干重的60%，特別是有大量 分枝菌酸（mycolic acid）包圍在肽聚糖層的外面，可影響染料的穿入。分枝桿菌一般用齊尼（Ziehl- Neelsen）抗酸染色法，以5% 石炭酸復紅加溫染色后可以染上，但用3%鹽酸乙醇不易脫色。若再加用美藍復染，則分枝桿菌呈紅色，而其他細菌和背景中的物質為藍色。本菌無芽孢、無鞭毛。
        本菌為專性需氧菌,在元氧條件下迅速死亡。為兼性細胞內寄生菌,在細胞內外均可發育繁殖,強毒菌株可長期生存于巨噬細胞內。生長條件電熱恒溫培養箱37℃,pH6.4-7.0。具有強的疏水性,菌落不易乳化于水及生理鹽水。 繁殖周期較多數細菌長,在合適培養基上至少14-15h繁殖一代。群體生長于以雞蛋為基礎的固體培養基上,初次分離需4-8周,次代培養仍需2-4周。營養要求尤高,需要卵黃、血液、馬鈴薯淀粉等有機物質,碳、氮、磷、鉀、鎂、鐵等無機鹽類以及氨基酸、菸酸、核黃素等。
       結核菌分枝桿菌MAX適溫度為電熱恒溫培養箱37℃，低于30℃不生長。結核分枝桿菌細胞壁的脂質含量較高，影響營養物質的吸收，故生長緩慢。在一般培養基中每分裂1代需時18～24小時，營養豐富時只需5小時。

      初次分離需要營養豐富的培養基。常用的有羅氏（Lowenstein-Jensen）固體培養基，內含蛋黃、甘油、馬鈴薯、無機鹽和孔雀綠等。孔雀綠可抑制雜菌生長，便于分離和長期培養。蛋黃含脂質生長因子，能刺激生長。根據接種菌多少，一般2～4周可見菌落生長。菌落呈顆粒、結節或花菜狀，乳白色或米黃色，不透明。在液體培養基中可能由于接觸營養面大，細菌生長較為迅速。一般1～2周即可生長。臨床標本檢查液體培養比固體培養的陽性率高數倍。