根瘤菌細胞皇桿狀，有鞭毛和莢膜，不生芽孢。革蘭氏染色陰性。在根瘤中生活的菌體呈梨形、棍棒形或“T”“X”“Y”等形狀，這種變形的菌體稱類菌體。每種根瘤菌都只能在一種或幾種豆科生物上形成根瘤，建立共生關系，表現(xiàn)出各自的專一性。 [3]

現(xiàn)代的分類手段，如DNA堿基組成、DNA同源性、rRNA順反子相似性、蛋白凝膠電泳、數(shù)值分類等結果，都證明土壤桿菌與兩屬根瘤菌有一定的親緣關系，也證明將根瘤細菌分為兩屬是符合客觀實際的。rRNA順反子相似性的研究結果證明葉桿菌屬與前3屬有一定關系，所以暫歸屬于根瘤菌科。 [2]

由于有些土壤中沒有與豆科植物共生的根瘤菌，同時不同豆科植物需要與不同類型的根瘤菌共生，因此在農(nóng)業(yè)上采取在播種豆科植物時，將其與根瘤菌制劑攪抖，以便給豆科作物形成根瘤創(chuàng)造條件。據(jù)調(diào)查，采用該方法播種，可使大豆、花生增產(chǎn)10%以上。

雖然空氣成分中約有80%的氮，但一般植物無法直接利用，花生、大豆、苜蓿等豆科植物，通過與根瘤菌的共生固氮作用，才可以把空氣中的分子態(tài)氮轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锟梢岳玫陌睉B(tài)氮。在種子發(fā)芽生根后，根瘤菌從根毛入侵根部，在一定條件下，形成具有固氮能力的根瘤，在固氮酶的作用下，根瘤中的類菌體將分子態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，與此同時，每個根瘤就是一座微型氮肥廠，源源不斷地把氮輸送給植株利用。豆科作物周圍的土著根瘤菌數(shù)量很少，難以滿足作物生長的需要。世界上的豆科作物都需要人工接種根瘤菌劑，根瘤菌劑給農(nóng)作物生產(chǎn)的氮肥不會有環(huán)境污染，不需長途運輸，使用過程中沒有氮流失，而人工施用化學氮肥流失率往往大于50%。 當豆科作物萌發(fā)并長出根毛后，根瘤菌受根毛分泌的凝集素的刺激和吸引，大量聚集在根際和根表上。根毛與根瘤菌接觸后，是細胞壁變軟，發(fā)生根毛卷曲，然后是細胞壁內(nèi)陷，根瘤菌隨之侵入根毛，直至根的皮層，根瘤菌在皮層大量繁殖并轉(zhuǎn)變?yōu)轭惥w，此時根部皮層大量增生，形成瘤狀組織，后根部形成根瘤，當有效根瘤的剖面呈粉紅色時，說明根瘤進入成熟階段，開始固氮，并向植株提供氮素。人工接種結瘤固氮性能優(yōu)良的根瘤菌來提高共生固氮效率。

土壤中根瘤菌的數(shù)量受植被、種植歷史、降雨、土壤溫度、pH值等因素影響。在許多農(nóng)用土壤中，豆科植物、非豆科植物都能促進根瘤菌的生長，豆科植物栽培區(qū)土壤中根瘤菌數(shù)量非豆科植物栽培區(qū)，且根際土壤中根瘤菌的數(shù)量較大。

多年未種植豆科植物的土壤中只有少量的根瘤菌。降雨充足的地區(qū)往往有大量的根瘤菌，根瘤菌喜歡潮濕但不積水的土壤。根瘤菌適宜土壤溫度是25~30℃，適pH值為6.0~6.8。