放線菌在形態上分化為菌絲和孢子，在培養特征上與真菌相似。然而，用近代分子生物學手段研究結果表明，放線菌是屬于一類具有分支狀菌絲體的細菌，革蘭染色為陽性。主要依據為：
①同屬原核微生物：細胞核無核膜、核仁和真正的染色體；細胞質中缺乏線粒體、內質網等細胞器；核糖體為70S；
②細胞結構和化學組成相似：細胞具細胞壁，主要成分為肽聚糖，并含有DAP；放線菌菌絲直徑與細菌直徑基本相同；
③最適生長pH范圍與細菌基本相同，一般呈微堿性；
④都對溶菌酶和抗生素敏感，對抗真菌藥物不敏感；
⑤繁殖方式為無性繁殖，遺傳特性與細菌相似。