淋球菌的形态與腦膜炎雙球菌相似，呈園形，卵園形或腎形，常成對排列，鄰近面扁平或略凹陷，大小為0.6μm×0.8μm，革蘭氏染色陰性，呈粉紅色。
美藍染色呈藍色。急性期病人淋球菌常見于分泌物白細胞的細胞内，而慢性期多在白細胞外。淋球菌的抵抗力較弱，怕幹燥，喜歡在潮濕、溫度為35~36℃、含2.5%-5%二氧化碳環境中生長。在完全幹燥的環境中隻能存活1~2小時，在微濕的衣褲、毛巾、被褥中能生存18-24小時，而在50℃時僅存活5分鐘。淋球菌對常用的殺菌劑抵抗力很弱，1：4000硝酸銀7分鐘可将其殺死，在1%的石碳酸内3分鐘死亡。
淋球菌的外膜由脂多糖、外膜蛋白及菌毛組成，且有寄生和緻病作用。
菌毛（pili）由多肽組成，有抗原性，其終端的氨基酸排列較恒定，而中段及羧基端的氨基酸排列順序常發生改變而決定不同菌株的菌毛的抗原多樣性。菌毛與淋球菌的粘附性有關，同時也有抑制白細胞吞噬的作用。培養20小時的菌落，其細胞表面具有菌毛，具有傳染性。菌落衰老時菌毛亦消失，接種尿道不産生尿道炎。
淋球菌的外膜蛋白至少有三種，其中蛋白I為主蛋白，占外膜蛋白的60%，不同淋球菌的蛋白I的抗原性不同。該抗原性質穩定，故可以以此制成單克隆抗體對淋球菌進行血清學分型。它以兩種形式表達即pIA和pIB。它可在細胞膜上形成孔道。使水溶性物質、其他對細菌代謝有重要作用的物質及某些抗生素可通過細胞膜進入細胞内。蛋白Ⅱ與淋球菌同人類上皮細胞、白細胞的粘合及細胞間的粘合有關，具有熱修飾性。蛋白Ⅲ具有還原修飾性，又稱Rmp，有強免疫原性，與同種其他奈瑟氏菌有交叉反應，能阻斷其他抗體的殺菌作用。近年還發現有鐵調節性蛋白稱Frp，在缺鐵時表達鐵的受體。
脂多糖為淋球菌重要的表面結構之一，為淋菌的内毒素，與粘膜下和體内補體協同引起炎症反應、與淋球菌的毒力、緻病性和免疫性有關。現已鑒定6種抗原性不同的淋球菌脂多糖。
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