形态与染色为革兰染色阴性、两端钝圆并浓染的短杆菌。大小为（0.5-10）um*（1-2）um.一般单个散在分布，偶尔成双或呈短链排列。有荚膜，无鞭毛，无芽孢。
不同培养条件和检材中，菌体形态和大小有差异。死于鼠疫的动物尸体或感染动物新鲜内脏置备的图片中，菌体形态典型。在腐败、化脓或溃疡性材料中，菌体膨大成球形，且着色不佳。在陈旧培养物或含3%NaCL的高盐培养基中则呈多形态性，有时可见着色极为浅淡的菌影。
培养特性兼性厌氧。营养要求不高，但在普通培养基中生长缓慢。接种于含血液或组织液的培养基中，24—48h后，可形成细小、透明、圆形、中央厚而致密，边缘薄而不规则的粗糙型菌落，来自感染组织的毒力株则呈灰色、黏液性菌落。最适生长温度为27—30℃，最适pH为6.8—7.2浊。稍加摇动，菌膜呈“钟乳石”状下沉，此特征有一定的鉴别意义。
生化反应不同菌株的糖酵解能力有差异。所有菌株均能发酵葡萄糖，大多数菌株酵解阿拉伯糖、木糖、甘露糖和麦芽糖，个别菌株分解乳糖和蔗糖。触酶阳性，多数菌株能还原硝酸盐，不分解尿素，不产生硫化氢。
抗原构造鼠疫杆菌的抗原结构复杂，其中重要的抗原有F1、V/W、鼠毒素和内毒素等。
1、F1抗原是鼠疫杆菌37℃培养时产生的荚膜抗原。F1抗原由三部分组成：F1A是可溶性多糖与蛋白质的复合物，不耐热，抗原性较强；F1B为可溶性多糖，具有种特异性；F1C是不溶性多糖，无免疫原性。F1抗原具有抗吞噬作用，故与细菌毒力有关，其抗体有保护作用。
2、V/W抗原有毒力的野生型菌株具有V/W抗原。V抗原和W抗原总是一起产生，并由同一质粒编码。V抗原与毒力有关，具有抗吞噬作用。
3、鼠毒素（MT）是一种外毒素，对鼠类有强烈毒性。鼠毒素作用于机体血管系统，引起不可逆的休克而导致死亡。鼠毒素具有良好的抗原性，用0.2%甲醛处理可以使其脱毒制成类毒素。
4、内毒素理化性质与生物学活性与肠道杆菌内毒素相似。
抵抗力对理化因素抵抗力较弱。湿热70—80℃10min或100℃1min死亡，干热160℃1min死亡。5%来苏尔或5%苯酚20min内可杀死痰液中的病菌。在蚤粪和土壤中能生存约1年，在痰液中能存活36d左右。
变异性有自发突变和基因转移两类，其生物化学特性、毒力、耐药性和抗原构造等均可出现变异。与多数细菌相反，野生菌株的菌落呈R型，医学`教育网搜集整理毒力强，经人工传代培养后R型可逐渐变为S型菌落，毒力随之减弱。
