Bakteriler, basit organizmalar olmalarına rağmen, özel biyolojik işlevlerden sorumlu oldukça gelişmiş hücre yapılarına sahiptirler. Bu özelliklerin birçoğu sadece bakterilere özgüdür ve arkeler ile ökaryot organizmalarda bulunmaz. Bakteriler, daha büyük organizmalara kıyasla daha basit yapılara sahip oldukları ve üzerinde kolayca deneysel çalışmalar yapılabildiği için, diğer organizmalarda var olan birçok biyokimyasal özelliğin bakterilerde de var olduğu yapılan çalışmalar sonucunda ortaya çıkmıştır.

Bakteri hücre şekilleri genellikle belirli bakteri türlerine özgüdür. Bakterilerin büyüme şekilleri birbirinden farklıdır. Bazı bakteriler oldukça karmaşık yapıya, çıkıntı ve uzantılara sahiptir. Bunun yanı sıra bazı türler, yeniden üreme yeteneğine sahipken spor oluşturabilme yeteneğine de sahiptir. Bakteriler, ışık mikroskobunda incelendiğinde farklı şekillerde oldukları ve çoğalırken farklı şekilde koloni oluşturdukları gözlemlenmiştir.

Bakterilerin belki de en çok bilinen yapısal özelliği küçük yapılarıdır. Örnek verecek olursak, Escherichia coli bakterisi hücreleri 2 mikrometre uzunluğa, 0.5 mikrometre çapa ve 0.6-0.7 μm³ hacme sahiptir. Bu, hücrenin hacminin çoğunluğunu suyun oluşturduğu anlamına gelir. Bu haldeyken, yaş ağırlık 1 olarak ölçülmektedir. Kuru ağırlık ise 0.2 pikogram olup, yaş ağırlığın beşte birine denk gelmektedir. Bakteri hücresinin kuru ağırlığının neredeyse yarısına yakınını karbon elementi oluşturur. Bu karbonun da yarısı, bakteri yapısına katılan proteinlerde bulunur. Bakterilerin küçük yapısı, hızlı madde alımı, hücre içi madde dağıtımı ve atık maddelerin dışarı atılmasını sağlar. Düşük yüzey alanı-hacim oranında, bakterinin normal metabolizmada meydana getirmesi gereken besinlerin dağıtım hızı azalır ve atıkların hücre zarından dışarı atılma oranı kısıtlanarak azalır. Bu durumda, bakterinin dış dünyada yaşamını sürdürebilme yeteneği kısıtlanır.

Bakterilerde iki tip hücre duvarı vardır. Bunlar Gram pozitif (+) ve Gram negatif (-) olarak ikiye ayrılmaktadır. Bu farklılaşma, Gram boyasıyla boyanıp boyanmama durumuna göre değişir. Bu iki hücre duvarı içinde 2 nanometreden küçük maddeler porlardan geçebilir. Bakteri hücresi tamamen ortadan kalkmışsa ve protoplast zedelenerek zarar görmüşse sferoplast olarak adlandırılır. Bu bakteri duvarlarına penisilin gibi β-Laktam antibiyotikleri peptidoglikan yapısında bulunan çapraz zincirleri kırarak yapısını bozar. İnsan gözyaşında bulunan lizozim enzimi, bakterinin hücre duvarını eriterek vücudun savunmasına katkı sağlar.