生活于土壤中呈丝状单细胞、革兰氏阳性的原核微生物。

外形呈分枝丝状。分枝丝状体发育良好、能形成单细胞孢子而繁殖的为真放线菌；分枝丝状体发育不良，仅能借助菌丝体断裂成的碎屑而繁殖的为原放线菌。放线菌的菌丝直径约1微米。生长在固体培养基上的放线菌通常可形成两种菌丝：基内菌丝和气生菌丝。前者聚集在固体培养基内，为营养菌丝；其功能主要是吸收营养物质。后者指从基内菌丝生长至培养基外伸向空间的菌丝。气生菌丝分化形成孢子丝而产生分生孢子。在土壤中，放线菌的分枝丝状体常缠绕于土粒或有机残体碎屑（片）的表面，并向土壤孔隙中延伸。放线菌为有机营养型，以有机物质为其生命活动所需的能源和碳源。在已知的放线菌中约有50%是抗生菌，它们产生的抗菌素可以抑制周围其他微生物生长。但在土壤中，由于受营养条件和土壤其他物质的影响，这种作用受到干扰，不像在培养基上那样明显。至今，放线菌与双子叶木本植物共生固氮的种类已发现达7科19属近200余种，其中弗兰克氏菌属（Frankia）与非豆科植物的共生固氮是当前生物固氮研究中最为活跃的领域之一。

土壤放线菌数量仅次于细菌，每克土有10万个或以上，约占土壤微生物总数的5%～30%，其生物量与细菌相近。常见的土壤放线菌主要有链霉菌属（Streptomyces）、诺卡氏菌属（Nocardia）、小单胞菌属（Micromonospora）、游动放线菌属（Actinoplanes）弗兰克氏菌属（Frankia），其中以链霉菌属占优势，占土壤放线菌总数的70%～90%。土壤中放线菌的数量通常是表层高于底层；肥田高于瘦田；农田高于林地，旱地高于水田。

土壤中的放线菌和细菌、真菌一样，参与有机物质的转化，在分解蛋白质、半纤维素、纤维素方面均有一定能力。据估计，土壤放线菌中约有4%参与了纤维素的分解，包括白色链霉菌（Streptomyces albus）、灰色链霉菌（Streptomyces griseus）、直丝链霉菌（Streptomyces rectus）、红色链霉菌（Streptomyces ruber）、球孢链霉菌（Streptomyces globisporus）和天蓝色链霉菌（Streptomyces coelico-lor）等。多种放线菌具有分解含氮有机物质和半纤维素等有机化合物的能力。诺卡氏菌属和链霉菌属中的一些种还参与锰的转化。土壤放线菌是抗生素产生菌的重要菌种资源，许多有价值的抗生素产生菌都是从土壤中筛选出来的。其中以链霉菌属为主，诺卡氏菌属、游动放线菌属及小单孢菌属中的某些种也很重要。用于防治人、畜疾病的抗生素有数十种；农用抗生素有井岗霉素、春雷霉素、灭瘟素、放线菌酮和内疗素等，能防治粮、棉、油、茶、橡胶、瓜果和蔬菜的病害。有些放线菌对植物还产生刺激作用，如对植物的种子萌发、根系发育及提高酶活性等都有促进作用。放线菌能与非豆科植物共生固氮，其固氮量大、持续时间长，因此在土壤贫瘠地区常以能形成放线菌根瘤的树种作为先锋植物。放线菌还可用于生产各种酶和维生素、在甾体转化、石油脱蜡、烃类发酵、污水处理等方面也有所应用。