细菌的遗传物质是DNA。所有细胞生物(真核生物，原核生物)细菌属原核生物都是DNA，病毒是DNA或RNA(只能是一种)。细菌变异是细菌的基本属性之一。具有相同基因型的细菌，在不同的条件下，可呈现不同的特性。
遗传变异有利于物种的变化；而表型变异则因外界因素所致，常波及同一环境中的大多数个体，因遗传物质的结构未改变，其变化为可逆，表型变异不能遗传
染色体DNA是细菌主要的遗传物质，由一条闭合环状的双链DNA分子构成，紧密缠绕成较致密的不规则小体，该小体又称为拟核，其上无组蛋白包绕，但有核蛋白。核蛋白与基因的活化及DNA的复制有关，有的与DNA结合在一起，类似真核细胞的组蛋白。
细菌作为原核型微生物，虽没有完整的核结构，但却有核区（或核质）。在电镜下观察，核区有盘旋堆积的DNA纤维。自大肠杆菌提取的DNA是一条完整的DNA链，分子量为 2.4×109daltons,仅为人体胞DNA量的0.1%。细胞的DNA含量决定存在的基因数。如按每个基因由平均为1000个碱基对估计，大肠杆菌的DNA约为4×106个碱基对，因此约有4000个基因，可编码几千种多肽。细菌染色体DNA与其他生物相同，由互补的双链核苷酸组成。细菌的染色体与生物细胞染色体不同，前者不含有组蛋白，基因是连续的，无内含子。由于细菌核区DNA的功能与真核细胞染色体的功能相同，因此又称其为细菌染色体。
细菌的DNA除大部分集中于核质（染色体）内，尚有少部分（约1～2%）存在于染色体外，称为质粒。质粒与染色体的相似处为：质粒亦为双链环形DNA，不过其分子量远比染色体为小，仅为细菌染色体DNA的0.5～3%。质粒亦可携带遗传信息，可决定细菌的一些生物学特性。然而质粒却有一些与染色体DNA 不同的特性。
