1. Thành tế bào, màng sinh chất, lông và roi.
Phần lớn các tế bào nhân sơ đều có thành tế bào. Thành phần hóa học quan trọng cấu tạo nên thành tế bào của các loài vi khuẩn là peptiđôglican (cấu tạo từ các chuỗi cacbohiđrat liên kết với nhau bằng các đoạn pôlipeptit ngắn). Thành tế bào quy định hình dạng của tế bào. Dựa vào cấu trúc và thành phần hóa học của thành tế bào, vi khuẩn được chia thành 2 loại : Gram dương và gram âm. Khi nhuộm bằng phương pháp nhuộm Gram, vi khuẩn Gram dương có màu tím, vi khuẩn Gram âm có màu đỏ. Biết được sự khác biệt này chúng ta có thể sử dụng các loại thuốc kháng sinh đặc hiệu để tiêu diệt từng loại vi khuẩn gây bệnh.
Một số loại tế bào nhân sơ, bên ngoài thành tế bào còn có một lớp vỏ nhầy . Những vi khuẩn gây bệnh ở người có lớp vỏ nhầy sẽ ít bị các tế bào bạch cầu tiêu diệt.
Màng sinh chất của vi khuẩn cũng như của các loại tế bào khác đều được cấu tạo từ 2 lớp phôtpholipit và prôtêin.
Một số loài vi khuẩn còn có các cấu trúc được gọi là roi (tiên mao) và lông nhung mao - hình 7.2). Roi có chức năng giúp vi khuẩn di chuyển. Ở một số vi khuẩn gây bệnh ở người, lông giúp chúng bám được vào bề mặt tế bào người.

2. Tế bào chất
Tế bào chất là vùng nằm giữa màng sinh chất và vùng nhân hoặc nhân. Tế bào chất ờ mọi loại tế bào nhân sơ đều gồm 2 thành phần chính là bào tương (một dạng chất keo bán lỏng chứa nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ khác nhau) và ribôxôm cùng một số cấu trúc khác.
Tế bào chất của vi khuẩn không có : hệ thống nội màng, các bào quan có màng bao bọc và khung tế bào. Trong tế bào chất của vi khuẩn có các hạt ribôxôm. Ribôxôm là bào quan được cấu tạo từ prôtêin và rARN. Chúng không có màng bao bọc. Ribôxôm là nơi tổng hợp nên các loại prôtêin của tế bào. Ribôxôm của vi khuẩn có kích thước nhỏ hơn ribôxôm của tế bào nhân thực, ở một số vi khuẩn, trong tế bào chất còn có các hạt dự trữ. 
3. Vùng nhân
Vùng nhân của tế bào sinh vật nhân sơ không được bao bọc bởi các lớp màng và chỉ chứa một phân tử ADN dạng vòng. Vì thế, tế bào loại này được gọi là tế bào nhân sơ (chưa có nhân hoàn chỉnh với lớp màng bao bọc như ở tế bào nhân thực). Ngoài ADN ở vùng nhân, một số tế bào vi khuẩn còn có thêm nhiều phân tử ADN dạng vòng nhỏ khác được gọi là plasmit. Tuy nhiên, plasmit không phải là vật chất di truyền tối cần thiết đối với tế bào nhân sơ vì thiếu chúng tế bào vẫn sinh trưởng bình thường.