टीबी का मुख्य कारण "तपेदिक माइकोबैक्टीरियम" है जो कि एक छोटा, एरोबिक, चलने में अक्षम दण्डाणु होता है। इस रोगजनक की उच्च लिपिड सामग्री इसकी अपनी अनूठी नैदानिक विशेषताओं के लिये जिम्मेदार है। यह हर 16 से 20 घंटे में विभाजित होता है, जो कि अन्य बैक्टीरिया की तुलना में काफी धीमा है, जो कि आम तौर पर एक घंटे से कम समय में विभाजित हो जाते हैं। माइक्रोबैक्टीरिया की बाहरी झिल्ली लिपिड की दो-परत की होती है। यदि ग्राम स्टेन परीक्षण किया जाता है, एमटीबी या तो बहुत कमजोर "ग्राम सकारात्मक" रूप से धब्बे बनाता है या अपनी कोशिका दीवार के उच्च लिपिड और माइकॉलिक एसिड सामग्री के परिणाम के रूप में डाई नहीं रखता है। एमटीबी कमजोर संक्रमणकर्ताओं का नाश करने वालों का प्रतिरोध कर सकते है और सूखी अवस्था में हफ्तों तक जीवित रह सकते हैं। प्रकृति में, जीवाणु केवल एक मेजबान जीव की कोशिकाओं के भीतर बढ़ सकते हैं लेकिन "एम. तपेदिक" को प्रयोगशाला में संवर्धित किया जा सकता है।

कफ (जिसे "बलगम" भी कहते हैं) से लिये गये खांसी के नमूनों पर पुराने धब्बों का उपयोग करते हुए वैज्ञानिकों एक सामान्य माइक्रोस्कोप (प्रकाश) के नीचे एमटीबी की पहचान कर सकते हैं। चूंकि एमटीबी, अम्लीय घोल के साथ उपचार किये जाने के बावजूद कुछ धब्बों को बनाये रखता है इसलिये इसको एसिड फास्ट दण्डाणु (एएफबी) के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। सबसे आम एसिड फास्ट स्टेनिंग तकनीक ज़ाएहल-नील्सन स्टेन है जो एएफबी को चमकदार लाल में डाई कर देता है जिससे यह नीली पृष्ठभूमि में स्पष्ट रूप से दिखता है इसके अलावा ऑरामाइन-रोडामाइन स्टेन और फ्लोरोसेंस माइक्रोस्कापी भी ऐसी ही तकनीके हैं।

"एम. तपेदिक" कॉम्पलेक्स (एमटीबीसी) में चार अन्य टीबी पैदा करने वाले माइक्रोबैक्टीरिया शामिल हैं: "एम.बोविस", "एम. अफ्रिकेनम", "एम. कानेत्ती" और "एम. माइक्रोटी"। "एम. अफ्रिकेनम" बहुत व्यापक नहीं है, लेकिन अफ्रीका के कुछ हिस्सों में यह तपेदिक का एक महत्वपूर्ण कारण है। पहले "एम. बोविस" तपेदिक का एक आम कारण था, लेकिन पास्चुरीकृत दूध की शुरूआत ने काफी हद तक विकसित देशों में इस सार्वजनिक स्वास्थ्य समस्या का सफाया कर दिया। "एम. कानेत्ती" दुर्लभ है और अफ्रीका के हॉर्न तक ही सीमित दिखता है, हालांकि कुछ मामलों में अफ्रीकी प्रवासियों को इससे पीड़ित देखा गया है। "एम. माइक्रोटी" भी दुर्लभ है और ज्यादातर कम प्रतिरोधी क्षमता वाले लोगों में देखा जाता है, हालांकि इस रोगजनक के प्रसार को संभवतः काफी कम करके आंका गया है। 

अन्य ज्ञात रोगजनक माइक्रोबैक्टीरिया में "एम. लेपरे", "एम.एवियम " और "एम. कानसाई" शामिल है। बाद की दो प्रजातियों को "गैर-तपेदिक माइक्रोबैक्टीरिया" (एनटीएम) के रूप में वर्गीकृत किया गया है। एनटीएम न तो टीबी और न ही कुष्ठ रोग का कारण है, लेकिन वे फेफड़े में टीबी के सदृश रोग पैदा करते हैं।

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