在細菌的生長繁殖過程中觀察到為數眾多的變異現象。在形態變異方面，細菌的大小可發生變異；有時細菌可失去莢膜，芽胞或鞭毛；有的細菌出現了細胞壁缺陷的L型細菌。細菌的毒力變異可表現為毒力增強或減弱。卡介二氏（Calmette-Guerin）將有毒力的結核桿菌在含有膽汗的甘油馬鈴薯培養基上連續傳代，經13年230代獲得了減毒但保持疫原性的菌株，目前稱為卡介苗，用于人工接種以預防結核病。腸道桿菌中如沙門氏菌屬、志賀氏菌屬中常發生鞭毛抗原以及菌體抗原的變異。變異后，細菌的抗原性消失或發生改變，從而不能被特異的抗體所凝集。有些細菌的酶活性發生變異，以致出現異常的生化反應，例如大腸桿菌原可以發酵乳糖，但發生酶變異后可失去發酵糖的能力，從而與一些不發酵的腸道致病菌難以區別。有些細菌的變異表現為菌落的變異如S（光滑型）與R（粗糙型）變異。菌落由光滑、濕泣、邊緣整齊，變異為表面粗糙、干皺，邊緣整齊。S-R變異多見于腸道桿菌，其變異的物質基礎為革蘭氏陰性菌細胞壁外膜的脂多糖蛋白質復合物中，失去了末端的特異寡糖，從而暴露了非特異的核心多糖。因此失去相應的O特異性抗體，毒力及生化反應亦隨之改變。

　　細菌的變異現象可能屬遺傳變異，也可能屬表型變異。判斷究竟是何種型別的變異必須通過對遺傳物質的分析以及傳代后才能區別。一般如屬表型變異，培養環境條件改變后也會發生改變；如屬基因型變異則不易隨環境變化而變化。