Las bacterias gramnegativas presentan dos membranas lipídicas entre las que se localiza una fina pared celular de peptidoglicano, mientras que las bacterias grampositivas presentan solo una membrana lipídica y la pared de peptidoglicano es mucho más gruesa.
Al ser la pared fina, las gramnegativas no retienen el colorante durante la tinción de Gram.
La membrana externa contiene diversas proteínas; entre ellas, las porinas o canales proteicos que permiten el paso de ciertas sustancias.
El lipopolisacárido contiene una toxina termoestable que se libera al romperse la bacteria gramnegativa, pudiendo resistir a la esterilización en autoclave.
Las bacterias gramnegativas pueden presentar una capa S que se apoya directamente sobre la membrana externa y no sobre la pared de peptidoglicano, como sucede en las gram positivas.
A continuación, la mezcla de alcohol-acetona decolora las bacterias gramnegativas (no así las grampositivas).
[1] Este componente desencadena una respuesta inmune innata que se caracteriza por la producción de citocinas y la activación del sistema inmunológico.
El resto de las bacterias gramnegativas pertenecen al segundo subtipo y presentan lipopolisacáridos en su membrana externa.