百日咳杆菌为革兰阴性杆菌，它是一种裸圆形的短小杆菌，细胞体积比较小，属于鲍特氏菌属，无鞭毛，无芽孢。革兰染色阴性，专性需氧。
百日咳杆菌含有耐热的菌体o抗原和不耐热的荚膜k抗原，前者为鲍特使菌属共同抗原，而后者仅存于百日咳杆菌。
百日咳杆菌抵抗力比较弱，56度30分钟日光照射1小时，可致死亡。
对多种抗菌药物敏感，比如多黏菌素、氯霉素、红霉素均对其有抗菌作用，而对青霉素不敏感。