致病菌為百日咳桿菌（B. pertussis），通常稱為百日咳桿菌，百日咳桿菌屬中已知有四個種。百日咳桿菌（B. avium），鳥類型百日咳桿菌一般不引起人類致病，只引起鳥類感染，百日咳桿菌長約1.0至1.5μm，約0.3至0.5μm寬，有莢膜，不能移動，革蘭氏染色陰性，需氧，無芽胞，無鞭毛，用甲苯胺藍染色兩端染色較深，細菌培養需要大量（15%～25%）新鮮血液才能繁殖好，故常以鮑-耿斯（Border-Gengous）培養基（即。血液、甘油、馬鈴薯）來分離菌落，百日咳桿菌生長緩慢，在35-37℃的潮溼環境中經過3-7天，出現細小、不透明的菌落生長，首先菌落隆起且光滑，為光滑（S）型，又稱I期菌，形態同高。有莢膜，毒力強 如果分離出的菌落繼續在普通培養基中培養，菌落由光滑型變為粗糙型（R），稱為IV期菌，無莢膜，毒力和抗原性喪失，失去致病性，II期、III期為中間過渡型，百日咳桿菌能產生許多毒力因子。
