Las capas que rodean a la célula bacteriana se conocen en su conjunto con el nombre de envoltura celular. Existen diferencias entre las bacterias grampositivas y las gramnegativas tanto en su estructura como en su organización, tal como puede apreciarse en los esquemas.
Los lipopolisacáridos (LPS) de las bacterias gramnegativas, cuando son extremadamente tóxicos, se denominan endotoxinas. Muchas de ellas se liberan sólo cuando las células son lisadas.
La envoltura gramnegativa es muy compleja. La membrana citoplasmática (llamada membrana interna) está rodeada por una capa de peptidoglicano y junto a ella se encuentra la membrana externa. El espacio entre ambas membranas se denomina espacio periplásmico.
Los flagelos de las bacterias, localizados en la envoltura, son componentes que permiten la motilidad de las mismas.
La cápsula es responsable en parte de la invasividad de las bacterias patógenas, ya que aquellos microorganismos que la presentan pueden defenderse de la fagocitosis.
Las capas de la envoltura celular ubicadas entre la membrana citoplasmática y la cápsula se conocen en conjunto como pared celular. En las bacterias grampositivas está formada principalmente por peptidoglicano y ácidos teicoicos, en cambio en las bacterias gramnegativas la misma está constituida por peptidoglicano, lipoproteínas, lipopolisacáridos y la membrana externa.