结核病的病原菌为结核分枝杆菌。结核分枝杆菌在分类上属于放线菌目、分枝杆菌科、分枝杆菌属。包括人型、牛型、非洲型和鼠型4类。人肺结核的致病菌90%以上为人型结核分枝杆菌，少数为牛型和非洲型分枝杆菌。结核分枝杆菌的生物学特性如下：
（一）多形性
典型的结核分枝杆菌是细长稍弯曲两端圆形的杆菌，痰标本中的结核分枝杆菌可呈现为T、V、Y字型以及丝状、球状、棒状等多种形态。
（二）抗酸性
结核分枝杆菌抗酸染色呈红色，可抵抗盐酸酒精的脱色作用，故称抗酸杆菌。一般细菌无抗酸性，因此，抗酸染色是鉴别分枝杆菌和其他细菌的方法之一。
（三）生长缓慢
结核分枝杆菌的增代时间为14～20小时，对营养有特殊的要求；结核分枝杆菌为需氧菌，但5%～10%CO2的环境能刺激其生长；适宜生长温度为37℃左右。培养时间一般为2～8周。
（四）抵抗力强
结核分枝杆菌对干燥、冷、酸、碱等抵抗力强。在干燥的环境中可存活数月或数年。存室内阴暗潮湿处，结核分枝杆菌能数月不死。低温条件下如- 40℃仍能存活数年。用氢氧化钠或硫酸对痰液处理时，一般杂菌很快被杀死，而结核分枝杆菌仍存活。煮沸100℃5分钟可杀死结核分枝杆菌。5%石炭酸或1.5%煤酚皂溶液（来苏儿液）要杀死痰中的结核分枝杆菌需要较长时间，如5%石炭酸需要24小时。常用杀菌剂中，70%酒精最佳，一般在2分钟内可杀死结核分枝杆菌；结核分枝杆菌对紫外线比较敏感，太阳光直射下痰中结核分枝杆菌经2～7小时可被杀死，实验室或病房常用紫外线灯消毒，10W紫外线灯距照射物0. 5～1m，照射30分钟具有明显杀菌作用。
（五）菌体结构复杂
结核分枝杆菌菌体成分复杂，主要是类脂质、蛋白质和多糖类。类脂质占总量的50%～60%，其中的蜡质约占50%，其作用与结核病的组织坏死、干酪液化、空洞发生以及结核变态反应有关。菌体蛋白质以结合形式存在，是结核菌素的主要成分，诱发皮肤变态反应。多糖类与血清反应等免疫应答有关。