細菌細胞壁主要成分是肽聚糖（peptidoglycan）,又稱粘肽(mucopetide)。細胞壁的機械強度有賴于肽聚糖的存在。合成肽聚糖是原核生物特有的能力。肽聚糖是由n-乙酰葡萄糖胺和n-乙酰胞酸兩種氨基糖經β-1.4糖苷鍵連接間隔排列形成的多糖支架。在n-乙酰胞壁酸分子上連接四肽側鏈，肽鏈之間再由肽橋或肽鏈聯系起來，組成一個機械性很強的網狀結構。各種細菌細胞壁的肽聚糖支架均相同，在四肽側鏈的組成及其連接方式隨菌種而異。

革蘭氏陽性菌的四肽側鏈氨基酸由d-丙-d-谷-r-l-賴-d-丙組成。初合成的肽鏈末端多一個d-丙氨酸殘基。肽橋是一條5個甘氨酸的肽鏈，交聯時一端與側鏈第三位上賴氨酸連接，另一端在轉肽酶的作用下，使另一條五肽側鏈末端d-丙氨酸脫去，而與側鏈第四位d-丙氨酸連接。從x光檢查可見肽聚糖的多糖鏈是一條較硬而又呈螺旋狀卷曲的長桿，由于其呈螺旋狀，連接在其上的肽鏈才伸向四方，使交聯受到一定了限制，只有鄰近的肽鏈才可交聯。但葡萄球菌的肽橋較長，有可塑性，使遠距離的肽鏈間也可交聯，交聯率達90%，形成堅固致密的三維立本網狀結構。革蘭氏陰性大腸桿菌的四肽側鏈中第三位的氨基酸被二氨基庚二酸（dap）所取代，以肽鏈直接與相鄰四肽側鏈中的d-丙氨酸相連，且交聯率低，沒有五肽交聯橋，形成二維平面結構，所以其結構較革蘭氏陽性的葡萄球疏樺。

凡能破壞肽聚糖結構或抑制其合成的物質，都能損傷細胞壁而使細菌變形或殺傷細菌，例如溶菌酶（lysozyme）能切斷肽聚糖中n-乙酰葡萄糖胺和n-乙酰胞壁酸之間的β-1.4糖苷鍵之間的聯苷鍵之間的聯結，破壞肽聚糖支架，引起細菌裂解。青霉素和頭孢菌素能與細菌競爭合成胞壁過程所需的轉肽酶，抑制四肽側鏈上d-丙氨酸與五肽橋之間的聯結，使細菌不能合成完整的細胞壁，可導致細菌死亡。人和動物細胞無細胞壁結構，亦無肽聚糖，故溶菌酶和青霉素對人體細胞均無毒性作用。除肽聚糖這一基本成份以外，革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌還各有其特殊結構的成分。

細菌細胞壁堅韌而富有彈性，保護細菌抵抗低滲環境，承受世界杯內的5～25個大氣的滲透壓，并使細菌在低滲的環境下細胞不易破裂；細胞壁對維持細菌的固有形態起重要作用；可充許水分及直徑小于1nm的可溶性小分子自由通過，與物質交換有關；細胞壁上帶有多種抗原決定簇，決定了細菌菌體的抗原性。