細胞球形、卵形、杆狀、弧形或螺旋形；二分分裂方式繁殖。運動或不運動；有或沒有氣泡運動類型的細胞，具有極生鞭毛，單根或叢生。光合內膜係統與細胞質膜相連，呈囊泡狀，隻有一個種 Thiocapsa p fennigii 含有管狀內膜和細菌葉綠素b。所有其他種均含有細菌葉綠素a和類胡蘿卜素的第1、3、4群。通常含有類胡蘿卜素群1菌株的培養物呈現橘棕色到紅棕色或粉色，含類胡蘿卜素群3的呈現紫紅色，含胡蘿卜素群4的菌種呈現紫羅蘭色。
厭氧條件下，所有的種都能以硫化物或元素硫作電子供體光能自養生長。元素硫作為硫粒暫時儲存在細胞內。硫酸鹽是含硫化合物的最終氧化產物。多數種在還原性培養基中能利用分子氫作為電子供體。所有的種都有可能混養生長，即光合同化一些簡單的有機物，其中被利用最廣泛的是醋酸鹽和丙酮酸。某些種可在缺乏硫化物或硫的條件下光合同化有機物質。許多種都是嚴格厭氧專性光養。但有些種則能在黑暗微好氧或好氧條件下化能自養或化能異養生長。
在已測試的所有種中，CO2自養同化途徑均是還原性戊糖途徑。貯存物質是多糖、聚羥基丁酸鹽及聚磷酸。幾個種需要維生素B12。隨著自然環境條件或培養條件的不同，所有的種都可能有兩種存在形式，一種是單細胞，另一種是大小及形態各異的不運動的細胞集聚物，並被包裹在粘液層中。改變硫化物的濃度、光強度、pH、鹽度、溫度及氧分壓會影響鞭毛的有無。高硫化物濃度（2～4 mmol／L），高光強（2000～4000lx）下，所有生鞭毛的種由於被其形成的黏液層包囊成群而不運動。在光強一定的條件下，各個種都產生鞭毛，但恢複運動性細胞所適合的硫化物濃度不同。在硫化物濃度一定時，使細胞變為能運動所需的光強度和光照方式也不相同。光強度越低，則使某個菌株維持運動階段的硫化物濃度越高。DNA的G ＋ C mol％為45～71（Bd）。
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