La morphologie est un critère essentiel pour la classification bactérienne. Les bactéries peuvent être classifiées en fonction de leur forme géométrique visuelle. Les coques sont des bactéries de forme sphérique; elles peuvent apparaître seules, en paires, en chaînes ou en grappes selon l'espèce. Les bacilles sont de forme allongée et cylindrique. Les bactéries spiralées comprennent les spirilles et les spirochètes, chacune ayant des nuances distinctes de formes hélicoïdales.
La classification selon la coloration de Gram divise les bactéries basées sur les caractéristiques structurales de leur paroi cellulaire. Les bactéries Gram-positives ont une paroi cellulaire épaisse composée principalement de peptidoglycane et retiennent la couleur violette lors de la coloration. Les bactéries Gram-négatives ont une paroi plus fine et complexe avec une membrane externe supplémentaire, ne retenant pas la couleur violette, mais devenant rouges après la contre-coloration.
La cellule bactérienne est caractérisée par une simplicite structurale mais une diversité fonctionnelle. La paroi cellulaire, présente chez la plupart des bactéries, offre soutien et protection contre la pression osmotique. Le cytoplasme contient de l'ADN bicaténaire circulaire formant le nucléoïde, lieu central de tout matériel génétique. Les ribosomes procaryotes, principaux acteurs de la synthèse protéique, diffèrent des ribosomes eucaryotes en taille et en composition.
La membrane plasmique, perméable sélectivement, assure le passage contrôlé de substances. Certaines bactéries possèdent des plasmides, petits fragments circulaires d'ADN qui confèrent souvent un avantage de survie, tel que la résistance aux antibiotiques. D'autres structures comme les flagelles, pili, et fimbriae permettent mouvement et adhésion sur des surfaces hétérogènes ou entre les cellules.
Pour finir, il y'a des éléments obligatoires comme : la membrane cellulaire, le chromosome bactérien, la paroi bactérienne et le cytoplasme.
D'autres éléments quant à eux seront facultatifs : la capsule, le flagelle, les cils ou pili, le glycocalyx, les plasmides et la spore.
Certaines bactéries ont développé des structures adaptatives spécialisées. La capsule, une couche souvent polysaccharidique entourant la paroi cellulaire, aide à la protection contre la phagocytose par le système immunitaire de l'hôte. Les endospores, formes résistantes inactives, protègent contre des conditions environnementales défavorables jusqu'à ce que l'environnement soit propice à la germination.
Les bactéries photosynthétiques possèdent des thylacoïdes ou membranes intracellulaires spécialisées où la photosynthèse a lieu. Les bactéries magnétotactiques ont des magnétosomes qui les aident à s'orienter selon le champ magnétique terrestre.