均无完整的细胞核、复杂的内膜系统、线粒体、质体和有丝分裂器，多数以单细胞生物形式存在，少数组成群体，但绝不形成多细胞生物有机体（图1）。

图1 几种原核细胞结构模式图

枝原体在20世纪30年代才确认其存在，是能独立生活的生物体中体积最小者，过去将这群微生物看作类胸膜肺炎有机体（PPLO）。枝原体形状多样，细胞结构简单，具有脂蛋白质膜，无细胞壁，双股螺旋DNA分子可能为环状，裸露，呈弥散分布，细胞质中含有核糖体、核糖核酸，以及与DNA复制、蛋白质合成和将葡萄糖裂解以获取能量有关的酶类，因而能独立生活和复制自身。

细菌细胞的质膜外有厚约10～100nm的细胞壁，其结构和化学组成与真核细胞的细胞壁不同，且不同种类的细菌间也存在若干差别。有些细菌细胞壁的外侧还包有粘液层或荚膜，有些具有鞭毛或菌毛，其鞭毛的结构和化学组成均与真核细胞的不同，菌毛是一些由蛋白质组成的细小突起（见细菌鞭毛）。双股螺旋DNA分子呈环状，常附着在质膜或间体上，或不规则地折叠成团块状，称拟核。DNA分子不与蛋白质结合组成核蛋白，拟核外面也不具核被膜，在最适宜的生长条件下，DNA分子可能存在2～4个复本，拟核也可能有多个。质膜可凹陷形成复杂程度不一的间体，其上含有琥珀酸脱氢酶和细胞色素类物质，与能量代谢有关，故亦称拟线粒体。有些种类产生腺苷三磷酸所需的酶类及其他化合物直接附着在质膜上。细菌进行无丝分裂时，间体还能起固定复制中的DNA分子、使复制出的DNA分别进入两个子细胞的作用。在光合细菌中，质膜内折形成载色体囊泡，称拟类囊体，其中含有细菌叶绿素和类胡萝卜素，是进行光合作用的场所。细菌核糖体的体积较小，其结构与真核细胞的相似，可游离存在，亦可附着在质膜的内侧面，行使附着核糖体的蛋白质合成功能。细菌细胞质内还含有多种酶、糖原颗粒，蛋白质颗粒和脂滴，有时还有泛泡和与固定CO₂有关的多面体等。细菌细胞通常以一分为二的无丝分裂方式增殖，有些种类在不良环境中则能形成内生孢子。

蓝藻，亦称为蓝细菌。细胞结构类似细菌，但细胞壁成分更接近真核细胞，其中含有纤维素和果胶质。细胞壁外面包有胶质外鞘，无鞭毛或菌毛。类囊体非常发达，常以膜层形式在细胞周边排成平行的同心环，其上含有叶绿素a和类胡萝卜素，以及藻青蛋白和藻红蛋白等，后三者均属起辅助作用的光合色素。其光合作用机理虽与光合细菌有许多相似之处，但常产生氧作为光合作用的副产品，而光合细菌则否。蓝藻细胞质中气泡非常显著，呈圆筒状；气泡膜厚度可达2nm，由蛋白质组成。气泡膜不同于典型的单位膜，可容许多种气体自由通过，从而为细胞提供浮力，有利于调节其漂浮在水中的深度，以选择最适宜的生活环境。气泡亦可通过对光线的散射，使细胞避免受强光的损害。在不良环境条件下，蓝藻不仅能形成内生孢子，还可形成厚垣孢子。

图2 动物细胞结构模式图