Sel mycobacterium berbentuk batang lurus atau melengkung, sekitar 0.2 – 0.8 x 1 – 10 mikron, namun dapat berbentuk bulat, bercabang atau benang rapuh; beberapa strain berselubung. Sel individual dapat diwarnai secara seragam atau dapat menunjukkan pita atau manik. Dinding selnya mengandung asam mycolic.

Beberapa strain membentuk pigmen karotenoid.

Spesies Mycobacterium ditemukan di tanah sebagai saprotrof yang hidup bebas, di air, pada tanaman, dan sebagai parasit dan patogen manusia dan hewan lain, termasuk ikan.

Metabolismenya adalah pernapasan, dan khususnya kemoorganotrofik – walaupun ada strain kemolitotrofik dari M. marinum dan M. smegmatis. Secara nutrisi, mycobacteria umumnya tidak berpuasa; sumber karbon dan nitrogen antara lain gula, hidrokarbon dan asam amino.

Dalam sejumlah spesies gliserol dan asparagin dipilih sebagai sumber karbon dan nitrogen. Pertumbuhan dapat dirangsang oleh serum atau telur atau dengan peningkatan tekanan parsial karbon dioksida; dalam anggota kompleks Mycobacterium tuberculosis pertumbuhan diperkaya oleh piruvat atau (dalam beberapa spesies) dengan gliserol.

Dalam strain yang berkembang lambat (SG), pertumbuhan tampak di media padat dapat tidak terlihat dalam 4 – 6 minggu (hingga 12 minggu pada M. malmoense). Pada strain yang cepat berkembang (RG), pertumbuhan tampak di media padat dalam 1 minggu, bahkan 4 – 6 hari.

Catat kalau pertumbuhan media bactec (cairan) dapat dideteksi lebih cepat daripada di media padat.

Tes yang dipakai dalam mengidentifikasi mycobacteria antara lain tes arysulfatase, tes katalase (yaitu bertahannya aktivitas katalase setelah inkubasi pada suhu 68°C/20 menit dalam penyangga fosfat), tes niacin, tes reduksi nitrat, tes T2H dan hidrolisis tween. Ada pula sejumlah metode molekuler yang dipakai untuk mendeteksi, mengidentifikasi, mengkarakterisasi dan menentukan tipe spesies tertentu, misalnya probe, spoligotyping dan TMA.