Về mặt hình thái vi khuẩn lactic có rất nhiều điểm khác nhau nhưng nhìn chung về mặt sinh lý chúng tương đối đồng nhất. Vi khuẩn gram dương bất động và không sinh bào tử. Khả năng tổng hợp nhiều chất của tế bào này rất yếu. Là loại lên men kị khí tùy ý, có khả năng lên men kị khí cũng như hiếu khí, có khả năng chịu đựng cao với môi trường axit.
Vi khuẩn lactic có thể sống từ kị khí tới vi hiếu khí. Vi khuẩn lactic có nhu cầu về chất sinh trưởng rất phức tạp, không một đại diện nào của nhóm này phát triển được trên môi trường khoáng thuần khiết chứa glucose, đa số chúng cần hàng loạt vitamin (lactoflavin, tiamin, axit pantotenic, axit nicotinic, axit folic, biotin) và các axit amin hoặc các hợp chất chứa N2 phức tạp hơn. Vì vậy môi trường nuôi cấy vi khuẩn khá phức tạp chứa một lượng tương đối lớn cao nấm men, dịch cà chua hoặc thậm chí cả máu. Chính các đặc điểm về dinh dưỡng về vitamin, về các các axit amin cho nên những chủng vi khuẩn lactic được dùng trong phân tích hai dạng hợp chất này ở các cơ chất khác nhau.
Vi khuẩn lactic lên men được mono và disaccarit. Các vi khuẩn lactic không lên men được tinh bột và polysaccarit (chỉ có loài L. delbrueckii là đồng hóa được tinh
bột). Một số khác sử dụng được pentose và xitric mà chủ yếu là vi khuẩn lactic lên men dị hình. Có đặc tính protease: thủy phân được protein của sữa thành các peptid và các axit amin, hoạt tính này ở các loài là khác nhau, thường trực khuẩn là cao nhất.
Vi khuẩn lactic chịu được trạng thái khô hạn, bền vững với CO2 và etylic, nhiều loại sống được trong môi trường 10 ÷ 15% cồn hoặc cao hơn, một số trực khuẩn bền với NaCl, có thể sống trong môi trường từ 7 ÷ 10% NaCl.
Vi khuẩn lactic ưa ẩm có nhiệt độ sinh trưởng tối thích trong khoảng 25 ÷ 35oC, nhóm ưa nhiệt có nhiệt độ tối thích là 40 ÷ 45oC, nhóm lạnh phát triển ở nhiệt độ tương đối thấp (≤ 5oC). Khi gia nhiệt tới 60 ÷ 80oC thì bị chết trong 10 ÷ 30 phút.
Một số vi khuẩn có khả năng tạo màng nhầy, một số khác có thể kháng với thể vi sinh vật hoại sinh, vi sinh vật gây bệnh và vi sinh vật gây thối rữa thực phẩm. Như vậy ngoài khả năng tạo axit lactic của các loại này còn có khả năng sinh ra các hợp chất có hoạt tính kháng khuẩn.
Vi khuẩn lactic có trong không khí, đất, nước nhưng chủ yếu là trong thực vật và các sản phẩm thực phẩm như rau quả muối chua, sữa chua... Một số vi khuẩn lactic được tìm thấy trong đường tiêu hóa của người và động vật. Hiện nay việc phân loại vi khuẩn lactic chưa hoàn thiện, phần lớn các nhà phân loại chỉ dựa theo hình thái tế bào, vi khuẩn lactic được chia làm 3 nhóm chính:
Cầu khuẩn (Coccus): xếp đôi, xếp bốn, xếp thành chùm hoặc xếp thành chuỗi ít khi đứng riêng rẽ.
Trực khuẩn (Lactobacillus): Gram dương, không sinh bào tử, xếp thành chuỗi.
Leuconostoc: tế bào hình trứng, ngoài sinh axit lactic còn sinh bao nhầy
polysaccarit.