细菌形态学涉及细菌细胞的大小、形状和排列。结合染色特性和生化测试，形态学特征是临床和环境微生物学中细菌分离株初步鉴定和分类的基础。

细胞形状

细菌呈现几种不同的细胞形状。球菌是球形或卵圆形细胞，其排列包括双球菌（成对，如 Neisseria meningitidis）、链球菌（链状，如 Streptococcus pyogenes）、葡萄球菌（簇状，如 Staphylococcus aureus）、四联球菌（四个一组）和八叠球菌（八个一组的立方体）。杆菌是杆状圆柱形细胞，长宽比各异，排列为单杆菌（如 Escherichia coli）、双杆菌（成对）或链杆菌（链状，如 Bacillus cereus）。螺菌是刚性螺旋形细菌，通常具有极生鞭毛（如 Spirillum volutans）。弧菌是弯曲或逗号形杆状菌（如 Vibrio cholerae），而螺旋体是柔性螺旋状细菌，具有内部鞭毛（轴丝）用于运动（如 Treponema pallidum、Borrelia burgdorferi）。

细胞排列

细胞分裂平面决定排列方式。球菌沿一个平面分裂形成链状；沿两个垂直平面分裂形成四联球菌；沿三个平面分裂形成八叠球菌；不规则分裂形成簇状。多形性细菌（如 Mycoplasma、Corynebacterium）根据生长条件呈现可变形状。丝状细菌（如 Streptomyces、Nocardia）形成类似于真菌菌丝的分支丝状体。

细胞大小

大多数细菌长度为0.5-5 µm，约为真核细胞的1/10至1/100。已知最小的细菌（Mycoplasma genitalium）为0.2-0.3 µm，而最大的（Epulopiscium fishelsoni）可达600 µm，肉眼可见。大小影响营养摄取（表面积与体积比）、扩散速率和被捕食的易感性。

革兰氏染色与细胞壁分类

革兰氏阳性菌具有厚层肽聚糖，染紫色，包括 Staphylococcus、Streptococcus、Bacillus、Clostridium 和 Lactobacillus。革兰氏阴性菌具有薄层肽聚糖和外膜，染粉色或红色，包括 Escherichia、Pseudomonas、Salmonella、Neisseria 和 Helicobacter。抗酸菌如 Mycobacterium 和 Nocardia 具有蜡质分枝菌酸细胞壁，用石炭酸品红染色，并能抵抗酸酒精脱色。

特殊染色技术

荚膜染色使用印度墨汁负染色法观察细菌细胞周围的多糖荚膜（如 Klebsiella pneumoniae、Streptococcus pneumoniae）。鞭毛染色使用媒染剂增厚鞭毛，使其在光学显微镜下可见以评估运动性。孢子染色（Schaeffer-Fulton法）使用孔雀石绿将内孢子染成绿色，番红将营养细胞复染成粉色。抗酸染色（Ziehl-Neelsen法）通过加热将石炭酸品红迫入细胞壁，之后细胞能抵抗3% HCl乙醇溶液的脱色。

菌落形态

固体琼脂上的菌落形态包括大小、形状（圆形、不规则、根状）、边缘（完整、波状、丝状、卷曲）、隆起（扁平、隆起、凸起、脐状）、表面质地（光滑、粗糙、黏液状）、颜色、透明度和气味。血琼脂上的溶血分为α-溶血（绿色变色，部分溶血）、β-溶血（透明带，完全溶血）或γ-溶血（无溶血）。菌落形态与革兰氏染色相结合是临床分离株鉴定算法的第一步。

生化鉴定

过氧化氢酶试验区分 Staphylococcus（阳性）和 Streptococcus（阴性）。氧化酶试验区分 Neisseria 和 Pseudomonas（阳性）与肠杆菌科（阴性）。凝固酶试验区分 Staphylococcus aureus（阳性）与其他葡萄球菌。API试条和自动化系统如VITEK和MALDI-TOF MS提供快速、全面的生化鉴定。