细菌的细胞壁是包被于细胞膜外的具有坚性、韧性和弹性的复杂结构。细胞壁厚度因细菌不同而异，一般为15～30 nm，占细胞干重的10%～25%。细胞壁折光性弱，一般染料不易着色，光学显微镜下不易看到；须用高渗溶液浓缩胞质，使细胞膜与细胞壁分离，再经特殊染色方可观察。用超薄切片技术和电子显微镜，可直接观察细胞壁超微结构。

细胞壁具有多种功能。细菌细胞繁殖迅速、代谢活跃、物质交换极为频繁，胞质内浓缩有大量氨基酸、核苷酸、糖、无机盐等营养物质，浓度可高出胞外数百倍，胞内渗透压最高可达2.53 MPa（25个大气压）。细胞壁有承受胞内高渗透压、支持细胞膜、维持细菌性状等重要作用。细胞壁上有许多小孔，适于物质交换；还带有多种抗原决定簇，由之决定细菌菌体的抗原性。有鞭毛的细菌，其细胞壁是鞭毛运动的支点。

细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖，又称为粘肽、胞壁质。肽聚糖是原核型生物细胞的特有成分，其化学组成如下：由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸交替排列，借β-1，4-糖苷键连接成为聚糖骨架；四肽侧链连结于相邻聚糖骨架上的N-乙酰胞壁酸分子之间，构成网状结构；四肽侧链之间由五肽交联桥或肽键交叉联结，成为具有高机械强度的肽聚糖结构。

肽聚糖是细胞壁抗胞内高渗透压、保护细胞结构和功能完整的主体成分，凡能破坏肽聚糖分子结构或抑制其合成的物质，都有抑菌或杀菌作用。例如溶菌酶、葡萄球菌溶素是N-乙酰胞壁酸酶，能水解聚糖骨架中的β-1，4糖苷键，破坏胞内抗高渗屏障，导致菌体膨胀、崩解。磷霉素、环丝氨酸可抑制聚糖骨架合成，万古霉素、杆菌肽可抑制四肽侧链的连结，青霉素、头孢菌素可抑制五肽交联桥的连结，这些物质都有抑制细菌的作用。

用革兰染色法可将细菌分为两大类，即革兰阳性细菌（以G+表示）和革兰阴性细菌（以G-表示）。

具体染色方法如下。

试剂：I液、结晶紫乙醇饱和溶液20份，加10g/L草酸铵溶液80份，混匀。II、液碘及碘化钾溶液。III液、95%乙醇或乙醇丙酮混合物。IV液、对比染色试剂、石炭酸复红或沙黄溶液。

染色：已固定的涂片滴加I液1 min，水洗；滴加II液，媒染1 min，水洗；甩掉残水滴加III液脱色，至无明显紫色脱落为止，水洗；加IV液复染10～30 s，水洗，干后镜检。

结果：革兰阳性细菌为紫色，阴性菌为红色。

其染色机制是碘液与结晶紫结合后和阳性菌体内的核糖核酸镁盐-蛋白质复合物结合，较牢固，呈紫色，不被95%的乙醇洗脱。而阴性菌体内缺乏核糖核酸镁盐，染液易被95%乙醇脱色，因而被复染成红色。

两类细菌的细胞壁的明显差异，具体差异如下。

（1）革兰阳性细菌细胞壁　革兰阳性细菌细胞壁由肽聚糖及穿插于其内的磷壁酸组成。其中肽聚糖不仅层数多、含量高，占细胞壁干重的50%～80%；而且质地致密，具有高机械强度的三维空间结构；组成肽聚糖的聚糖骨架与革兰阴性细菌相同，但四肽侧链的组成及其联结方式则与阴性细菌者不同；如金黄色葡萄球菌的四肽侧链依次是L-丙氨酸、D-谷氨酸、L-赖氨酸、D-丙氨酸，第三位的L-赖氨酸借助甘氨酸组成的五肽交联桥与相邻四肽侧链的第四位的D-丙氨酸交叉连结，其交联率可高达75%以上。

（2）革兰阴性细菌的细胞壁　阴性细菌的细胞壁化学组成极为复杂，包括肽聚糖脂蛋白外膜、类脂A、脂多糖等成分。此外，尚有胞质周围间隙。

其中脂多糖、类脂A等对动物有强烈的毒性，故是细菌内毒素的主要成分。肽聚糖交联率在25%以下，肽聚糖亦仅1～2层，仅占胞壁干重5%～20%，而脂类含量则高达20%，为G+菌的10倍。