甲烷细菌的细胞有杆状或略弯曲；有球状，或球形堆积成立方形，还有螺旋状。极生鞭毛运动或不运动（图9-2）。甲烷菌的分类是近年来以16SrRNA的序列分析为基础重新制定的。16SrRNA在生物进化过程中变化很少，任何可见的差别均指出一个进化历史，研究甲烷菌的16SrRNA揭示甲烷菌是一个异质性很大的菌群。在Methanobacteriales和Methanococcales之间的差别大于G+菌和G-菌之间的差别，与极端嗜盐菌和高温嗜酸菌一样，甲烷菌从本质上不同于所有其他已知菌，在《伯杰系统细菌学手册》第一卷（1984）中Murray R.G.E.把全部原核生物分成四个门，而甲烷细菌和极端嗜盐菌和高温嗜酸菌列入疵壁菌门中的古细菌纲（Class Archaebacteria），下面列举甲烷细菌和真细菌之间主要差别。
目前甲烷细菌已描写了7个属，Blach等（1979）把甲烷菌分为三个目4个科7个属，这是经比较16SrRNA结构进行的分类系统。《伯杰系统细菌学手册》（1984）收入了这7个属，其描述特征列表9-2。
