Brucellos orsakas, som nämnts, av Brucella spp. som är gramnegativa, orörliga, små stavar. De är aeroba eller mikroaerofila, något långsamväxande, och kräver särskilda medier och inkubering för primärisolering. De kan på grund av en fettrik cellvägg motstå avfärgning med svaga syror och sådana färgningar, bl.a. Viktoria Köster-färgning, används i diagnostiken. Inom genus Brucella finns sex olika species (se värddjur), som skiljs åt med mycket speciella metoder. Inom flertalet species finns flera olika biotyper. En variation mellan S- ("smooth") och R- ("rough") koloniform ses, där R-formen hos vissa species anses vara mindre virulent medan den hos t.ex. B. suis och B. canis är den normalt förekommande.

Samtliga species inom genus Brucella är patogena, och de är fakultativt intracellulära parasiter med predilektion för olika typer av mononukleära fagocyter och reproduktionsorgan. De är obligata parasiter men kan, under rätt betingelser, överleva länge i omgivningen. Exempel på överlevnadstider som rapporterats är 53 dagar på väggar i en infekterad ladugård på vintern men endast en dag på sommaren samt närmare ett år i gödsel. Brucella spp. avdödas snabbt av desinfektionsmedel som lysol eller formalin. På grund av att bakterierna är intracellulära parasiter så är de svåra att komma åt med antibiotikabehandling.