沙门菌隶属于肠杆菌科沙门菌属，自1885年由Salmon和Smith于猪霍乱流行时分离出猪霍乱沙门菌以来，至今已发现2000多个血清型。根据其生化特性，可分为1，2，3a，3b，4，和5六个亚属。每个亚属按菌体抗原(O)与鞭毛抗原(H)结构特点分为各种血清型。大多数对人体具有致病性的沙门菌属于第一亚属，如伤寒沙门菌(Salmonella typhi)、副伤寒沙门菌(Salmonella paratyphi)、猪霍乱沙门菌(Salmonella cholerasuis)、鼠伤寒沙门菌(Salmonella typhimurium)、肠炎沙门菌(Salmonella enteritidis)、病牛沙门菌(Salmonel-la bois-morbificans)和鸭沙门菌(Salmonella anatis)等。各个亚属的沙门菌都有其生化特性。根据分离的沙门菌对各种盐类和糖类的利用、分解能力，以及被0-1噬菌体的裂解作用，即可识别该株沙门菌属于哪一亚属。
沙门菌是革兰阴性杆菌，菌体呈杆状，大小为(0.6～1.5)μm×(2.0～5.0)μm，菌体周围有较多鞭毛，属于周毛菌类。绝大多数沙门菌都能运动，而且相当活跃。沙门菌无荚膜，也不产生芽孢。
绝大多数沙门菌都能在普通培养基上生长，而且发育良好。经37%培养18～24h后，其菌落直径可达2～3mm，呈圆形、光滑、半透明、湿润，而且边缘整齐。一些从污水或食品中分离出来的沙门菌，其菌落可呈边缘不整、粗糙、干燥和无光泽。少数沙门菌，如猪霍乱沙门菌、鸡白痢沙门菌和羊流产沙门菌等在普通营养培养基上生长欠佳。沙门菌的生化反应较为复杂，同种沙门菌都可存在非典型生化反应。然而，绝大多数沙门菌都可发酵葡萄糖、麦芽糖、蕈糖、木糖、甘露糖和山梨醇，产酸、产气(伤寒沙门菌不产气)。除个别(如某些鼠伤寒沙门菌可发酵乳糖)外，均不发酵乳糖和蔗糖。适宜的生长温度是37℃，适宜的酸碱度为 pH6.8～7.8。沙门菌对外界的抵抗力较强，在水、乳类及肉类食物中能生存几个月。当温度为22～30%时，在食物中2～4h便能迅速大量繁殖，亦能在冰冻的土壤中过冬。对热抵抗力不强，于55%作用1h或60%作用15～30min即被杀灭。5%苯酚溶液或0.2%氯化汞溶液可于15min将其杀灭。沙门菌具有和其他肠杆菌科细菌类似的抗原结构，如菌体抗原(O)，鞭毛抗原(H)和表面抗原(Vi)。菌体抗原是作沙门菌血清学分型的主要依据。其化学成分是脂多糖。现已发现60多种菌体抗原。有些沙门菌的菌体抗原可在生长繁殖中发生量的变异。沙门菌的鞭毛抗原为蛋白质。根据其鞭毛抗原的特性，可将其分为Ⅰ相菌和Ⅱ相菌。Ⅰ相菌可与同种H因子抗血清发生凝集反应;Ⅱ相菌可在含同种H因子抗血清的培养基中诱生。它们失去与同种H因子抗血清发生凝集反应的能力。可见，Ⅰ相菌的鞭毛抗原特异性较强，而Ⅱ相菌的鞭毛抗原特异性较弱。表面抗原是N-乙酰-半乳糖醛酸同聚物，较不稳定。在某些沙门菌中，可能缺乏 Vi抗原。根据这些比较简单的生化和凝集试验，可作出沙门菌的初步鉴定，但其血清型的确定则有赖于采用不同抗血清的凝集试验。另外，还可应用噬菌体对某些血清型(如鼠伤寒沙门菌)作进一步鉴定。在沙门菌中，与人类和动物疾病均有关的沙门菌主要隶属于A～F群的几十个血清型。有些只对人类有致病性的沙门菌，如伤寒沙门菌、副伤寒甲和丙沙门菌等;有些是对动物和人类都有致病性，如副伤寒乙沙门菌、鼠伤寒沙门菌、肠炎沙门菌和猪霍乱沙门菌等;其他仅是动物的病原体，对人则无致病性。沙门菌的致病性能力可因不同血清型或同一血清型的不同菌株而有明显的差异，如鸭型沙门菌通常引起隐性感染或胃肠炎，仅偶致菌血症;猪霍乱沙门菌通常引起败血症或局部化脓性感染，仅有时导致胃肠炎或隐性感染;鼠伤寒沙门菌有时引起菌血症或隐性感染，但通常导致胃肠炎。