布魯氏菌為革蘭氏陰性短小桿菌，初次分離時多呈球狀，球杆狀和卵圓形，故有人建議稱「布魯氏菌」。該菌傳代培養後漸呈短小桿狀，菌體無鞭毛，不形成芽胞，毒力菌株可有菲薄的莢膜。1985年WHO布魯氏菌病專家季員會把布魯氏菌屬分為6個種19個生物型，即羊種（生物型1～3），牛種（生物型1～7.9）。豬種（生物型1～5）及綿羊型副睾種，沙林鼠種，犬種（各1個生物型）。我國已分離到15個生物型，即羊種（1～3型），牛種（1～7.9型），豬種（1.3型），綿羊副睾種和犬種各1個型。臨床上以羊、牛、豬三種意義最大，羊種致病力最強。多種生物型的產生可能與病原菌為適應不同宿主而發生遺傳變異有關。
本菌生長對營養要求較高，目前實驗室研究多用牛、羊新鮮胎盤加10%兔血清製作培養基，其效果較好。但即使在良好培養條件下生長仍較緩慢，在不良環境，如坑生素的影響下，本菌易發生變異。當細菌壁的脂多糖（LPS）受損時細菌落即由S型變為R型。當胞壁的肽聚糖受損時，則細菌失去胞壁或形成胞壁不完整的L型布魯氏菌。這種表型變異形成的細菌可在機體內長期存在，伺環境條件改善後再恢復原有特性。
本菌有A、M和G三種抗原成份，G為共同抗原，一般牛種菌以A抗原為主。A與M之比為20：1；羊種菌以M為主，M比A為20：1；豬種菌A：M為2：1。製備單價A、M抗原可用其鑒定菌種。布魯氏菌的抗原與傷寒、副傷寒、沙門菌、霍亂弧菌、變形桿菌OX19等的抗原有某些共同成份。本菌致病力與各型菌新陳代謝過程中的酶系統，如透明質酸酶、尿素酶、過氧化氫酶、琥珀酸脫氫酶及細胞色素氧化酶等有關。細菌死亡或裂解後釋放內毒素是致病的重要物質。
布魯氏菌在自然環境中生活力較強，在病畜的分泌物，排瀉物及死畜的臟器中能生存4個月左右，在食品中約生存2個月。加熱60℃或日光下曝晒10～20分鐘可殺死此菌，對常用化學消毒劑較敏感。
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