杜克雷氏嗜血杆菌是一种革兰氏阴性、无芽孢杆菌、需氧性，对二氧化碳亲和性强。人工培养必须供给新鲜血液才能生长，故称嗜血杆菌。大小为0.5×1.5~2.0μm，短杆菌，两端呈钝圆形，在溃疡面脓液中的菌体为链锁状、双球菌状、大球菌、棒状等多形性。从病灶中或培养菌落中取材检查可见2个或2个以上细菌连成锁状有如鱼群在游泳。故称鱼群状。在淋巴腺组织切片中可见典型的连锁杆菌。

杜克雷嗜血杆菌对温度较敏感，43-44℃以上温度则失去抵抗能力，20分钟即可死亡。对42℃抵抗性稍强，但4小时死亡。在37℃中可活6-8天，10-20℃之间7-10天后可死亡，在此温度中较大肠菌、葡萄球菌抵抗力弱，较淋球菌强，对寒冷抵抗力较强，5℃中可生存1周，冻干时可能生存1年。对干燥的抵抗性弱。在人工培养中温度是发育的重要因素。
嗜血杆菌属在试管内繁殖需要x因子与v因子，x因子存在血液中耐热性物质氧化血红素，v因子具有易热性，在血液中是脱氢酶的辅酶，杜克雷嗜血杆菌对x因子需要性高，不需要v因子，将纯培养物注射入家兔可引起面部溃疡性病灶，人感染后，不能产生持久免疫力。以杜克雷嗜血杆菌悬液为抗原，患者注射后1周，皮肤试验呈阳性，一旦出现，可持续数年，甚至持续终身。