形成分枝丝状体的革兰阳性细菌，属原核微生物。菌丝体极短或发育良好，直径0.5～2.0μm，能形成孢子。

具有特征性的形态结构和较复杂的生活史。形态上分化为营养菌丝、气生菌丝、孢子丝和孢子。有的还形成孢子囊，囊内产生孢囊孢子。

放线菌的孢子萌发后，长出芽管，芽管伸长，长出分枝，形成菌丝体。因菌丝体生长在培养基内，称基内菌丝体，亦称营养菌丝体。基内菌丝体能产生黄、橙、红、紫、蓝、绿、灰、褐、黑等色素或不产生色素，色素溶于水的为水溶性色素；溶于有机溶剂的为脂溶性色素。

基内菌丝体向空间长出的菌丝称气生菌丝，气生菌丝上面再形成孢子丝。孢子丝有直形、波曲、螺旋和轮生等形，螺旋有松、紧、长、短、左旋、右旋之分。孢子丝长到一定阶段分化产生孢子，呈白、黄、绿、淡紫、粉红、蓝、褐、灰等色。

对链霉菌孢子分化的研究，以前在光镜下认为有凝聚分裂和横隔分裂两种方式。近10多年来，用电镜观察超微结构的研究表明，不存在凝聚分裂，而只有横隔分裂一种方式，又可归纳为两种类型：①细胞质膜内陷，逐渐向内收缩会合成横隔膜，将孢子丝分隔成多数孢子；②细胞壁和质膜同时内陷，向内缢缩，孢子丝缢裂成连串孢子。

有的放线菌还形成孢子囊。有的孢子囊在气生菌丝体上形成；有的则在基内菌丝体上形成。孢子囊内产生孢囊孢子。具有鞭毛的孢子为游动孢子。不具鞭毛的为不游动孢子。

广泛利用各种碳水化合物及碳氢化合物为碳源及能源；利用有机氮、无机氮作为氮源。许多种类能产生抗生素、维生素及各种酶类，以产抗生素著称，据统计已发现的抗生素85%来自放线菌。放线菌产生的抗生素虽多达数千种，经系统研究，应用于医学临床和农业生物防治的仅数十种。如链霉素、土霉素、金霉素、卡那霉素、争光霉素、春雷霉素、灭瘟素等。它们在人类保健和动植物病害的防治等方面正在发挥愈来愈大的作用。某些放线菌对人畜及植物有致病性，如人畜的放线菌病和马铃薯疮痂病等。

《伯杰细菌鉴定手册》1974年版，按形态和细胞化学特性将放线菌目划分为8科：放线菌科（Actinomycetaceae）、分枝杆菌科（Mycobacteria-ceae）、弗兰克氏菌科（Frankiaceae）、游动放线菌科（Actinoplanaceae）、嗜皮菌科（Dermatophilaceae）、诺卡氏菌科（Nocardiaceae）、链霉菌科（Streptomy-cetaceae）和小单孢菌科（Micromonosporaceae）。

放线菌目已报道50多个属，由于各国分类学家观点不同，科的标准和科内分属的依据也各异，长期难以统一。经国际放线菌分类委员会广泛征求意见，取消了科的分类等级，在放线菌目下以菌丝体断裂与否及孢子着生方式将放线菌目中近50个属分成“群”，《伯杰系统细菌学手册》1984年版将其分列在第二分卷和第四分卷内。种的鉴定较为复杂，一般按其形态、培养、生理和生化等特征的综合指标来确定。目前中国放线菌工作者是以形态、培养特征为主，生理生化为辅的原则来定种。

放线菌在自然界中分布广泛，土壤中分布最多，水、空气中亦存在。大部分腐生，少数寄生，在分解复杂的有机物质中起重要作用。放线菌中的弗兰克氏菌属能与非豆科植物共生结瘤固氮，在绿化、植树造林、改良土壤、改善生态环境上有重要作用。

放线菌在植物根际，特别在幼嫩植物根系上分布较少，但随着植物根组织老化，脱落物增多，年老植物的根系上往往有放线菌的定殖。利用放线菌与真菌间的拮抗关系，有可能用来防治植物根部真菌病害。利用链霉菌防治烟草的尖镰孢病菌和马铃薯丝核病菌在国际上已有成功的报道。在中国也成功地利用链霉菌来防治人参根腐病，取得显著成效，已列为国家专利。

在特定的生态条件下，如堆肥、稻草堆、垃圾堆制的自热过程中，会引起嗜热放线菌的富积，诱导嗜热放线菌产生耐高温、热稳定的纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶和β-1，3葡聚糖酶等，成为开发高温酶类的来源。如嗜热高温褐色放线菌产生的纤维素酶能分解木质纤维素浆，在55℃、24小时降解率达70%，为纤维素材料酶法糖化的途径开辟了前景。