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後才能區別。一般如屬表型變異，培養環境條件改變後也會發生改變；如屬基因型變異則不易隨環境變化而變化。
細菌作為原核型微生物，雖沒有完整的核結構，但卻有核區（或核質）。在電鏡下觀察，核區有盤旋堆積的DNA纖維。自大腸桿菌提取的DNA是一條完整的DNA鏈，分子量為2.4×109daltons,僅為人體胞DNA量的0.1%。細胞的DNA含量決定存在的基因數。如按每個基因由平均為1000個鹼基對估計，大腸桿菌的DNA約為4×106個鹼基對，因此約有4000個基因，可編碼幾千種多肽。細菌染色體DNA與其他生物相同，由互補的雙鏈核苷酸組成。細菌的染色體與生物細胞染色體不同，前者不含有組蛋白，基因是連續的，無內含子。由於細菌核區DNA的功能與真核細胞染色體的功能相同，因此又稱其為細菌染色體。
細菌的DNA除大部分集中於核質（染色體）內，尚有少部分（約1～2%）存在於染色體外，稱為質粒。質粒與染色體的相似處為：質粒亦為雙鏈環形DNA，不過其分子量遠比染色體為小，僅為細菌染色體DNA的0.5～3%。質粒亦可攜帶遺傳信息，可決定細菌的一些生物學特性。然而質粒卻有一些與染色體DNA不同的特性。
1．質粒並非細菌生存所必不可少的遺傳物質。細菌如失去染色體，則不能生存；然而細菌失去質粒後仍能生存。這是由於染色體DNA攜帶的基因所編碼的產物，在細菌新陳代謝中是生存所必須者；而質粒攜帶的基因所編碼的產物並非細菌的生存所必須者。因此質粒可以在細菌間傳遞與丟失。
2．質粒的傳遞（轉移）是細菌遺傳物質轉移的一個重要方式。有些質粒本身即具有轉移裝置，如耐藥性質粒（R質粒）；而有些質粒本身無轉移裝置，需要通過媒介（如噬菌體）轉移或隨有轉移裝置的質粒一起轉移。獲得質粒的細菌可隨之而獲得一些生物學特性，如耐藥性或產生細菌素的能力等。
3．質粒可自行失去或經人工處理而消失。在細菌培養傳代過程中，有些質粒可自行從宿主細菌中失去。這種丟失不像染色體突變發生率很低，而是較易發生。用紫外線、吖啶類染料及其他可以作用於DNA的物理、化學因子處理後，可以使一部分質粒消失，稱為消除。目前學者們感興趣的是如何通過人工處理消除耐藥質粒或與致病性有關的質粒。