結核分支桿菌屬于分支桿菌屬(Mycobacterium)，有3個種，即結核分支桿菌、牛分支桿菌和禽分支桿菌。結核分支桿菌為細長、直或微彎的桿菌，單在、少數成叢，大小為0.2～0.5μm×1、5～4.0μm。
分支桿菌是專性需氧菌，最適生長溫度37.5℃，營養要求高，在培養基上生長緩慢，需要牛血清或雞蛋培養基。在固體培養基上，3周左右才開始生長，呈粟粒狀圓形菌落。禽分支桿菌生長最快，牛分支桿菌生長最慢。生長最適的pH：牛分支桿菌為5.9～6.9；禽分支桿菌為7.2；結核分支桿菌為7.4～8.0。結核分支桿菌不能發酵糖類，可合成煙酸和還原硝酸鹽，而牛分支桿菌則否。結核分支桿菌多數酶試驗為陽性，熱觸酶試驗陰性；牛分支桿菌和禽分支桿菌這兩種試驗都是陽性。
分支桿菌在自然環境中生存能力較強，對干燥和濕冷有較強的抵抗力。干燥的環境中能存活6～8個月。0℃時可活4～5個月。但對熱比較敏感，60℃30min就可殺死。對紫外線敏感，直射日光2h內能殺死本菌。一般消毒藥對其作用不大，但在70%酒精或10%漂白粉中可很快死亡。
