由大豆根瘤菌在适宜的条件下，侵入大豆根毛后形成的瘤状物。根瘤菌和大豆植株通过大豆识别蛋白，相互亲和，首先在根际繁殖，其中一些根瘤菌侵入根毛。其最先迹象是根毛发生卷曲。根瘤菌侵入根毛后，在植物根细胞中形成一根侵入线，进入内皮层细胞。该细胞大量分裂，形成分生组织，随即膨胀成为根瘤。根瘤菌在此皮层细胞内大量繁殖后转变为类菌体。类菌体每群2～6个被一层膜包围着。类菌体是固氮酶合成的场所。正常根瘤具有固定空气中游离氮的功能（见图）。

成熟的根瘤由皮层、厚壁组织鞘、周皮含类菌体细胞群及分散较小的未被侵染的细胞群组成。皮层维管束系统及周皮都与寄主根内的相应组织连接，沟通根瘤菌与植物体营养物质的输送。

大豆根和根瘤横切面示意图

有活性的根瘤含有豆血红蛋白，呈粉红色，豆血红蛋白含量在根瘤开始形成后的前两周不断增加，随着豆血红蛋白的出现和细菌停止分裂而开始固氮，固氮作用持续40～50天。

在成长的大豆植株上可能有各个时期的根瘤。根瘤最初在近主根处密生，随着根系发育，逐渐扩展到近主根的侧根上，生育中期，不定根上也同样有根瘤形成。

根瘤与大豆共生后，在类菌体中合成豆血红蛋白。大豆具有导致正常生长根瘤的显性基因（R_ji）则形成根瘤，具有隐性基因（r_ji）则不形成根瘤。大豆根瘤菌和大豆品种之间有很强的专化性。根瘤形成初期，根瘤菌与植株为寄生关系。待类菌体形成后，根瘤长成并开始固定空气中的游离氮素，使其成为植物可以吸收利用的氮素化合物时，才和寄主开始共生。

大豆根瘤菌是好气性细菌，通气良好是其发育的必备条件，同时还要求土壤含水量为土壤最大持水量的50～60%。如土壤较长时间处于淹渍状态，根瘤菌的发育就会终止，或仅仅留下紧贴地表的根瘤。它要求的最适气温在20～30℃，适宜的酸碱度在pH6.5～7.5，忌阳光直射。此外还需要土壤中含有较多的腐殖质和磷、钾元素等无机化合物（包括钼、硼等微量元素），还受土壤中其他微生物的拮抗作用的影响。