放线菌是一种常见的细菌，它具有许多的形态特征。首先，放线菌形态上多为分枝状。除少数属于球菌、棒状菌外，多数放线菌能分为不规则短棒状、弯曲状及丝状分枝。根据分枝的程度可以分为丝状（Filamentous）、网状或不规则的球状（Pleomorphic）等不同形态。
其次，放线菌的菌丝少分支，直径比较粗，一般在0.5-1.0微米之间，可长达数厘米，故又称之为纤维生长细胞。此外，放线菌的体型变化较大，在养分充足时不断向外伸展，散发强烈的霉味呈灰白色或黄色。
最后，对放线菌形态的观察还要分为分生孢子（Aerial Spores）和营养孢子（Vegetative Spores）两个方面。放线菌的分生孢子生长在菌落上方，颜色多为白、褐、黄等，常具有较强的抗逆能力和较好的传播性。营养孢子则生长在菌丝的顶端，颜色多为蓝、黑、青等。
