微生物染色的基本原理,是借助物理要素和化学要素的效果而进行的。物理要素如细胞及细胞物质对染料的毛细现象、渗透、吸附效果等。化学要素则是根据细胞物质和染料的不同性质而发作地各种化学反应。酸性物质关于碱性染料较易吸附,且吸附效果安定;同样,碱性物质对酸性染料较易于吸附。如酸性物质细胞核关于碱性染料就有化学亲和力,易于吸附。但是,要使酸性物质染上酸性资料,必须把它们的物理方式加以改动(如改动pH值),才利于吸附效果的发作。相反,碱性物质(如细胞质)一般仅能染上酸性染料,若把它们变为适合的物理方式,也同样能与碱性染料发作吸附效果。
细菌的等电点较低,pH值大约在2—5之间,故在中性、碱性或弱酸性溶液中,菌体蛋白质电离后带阴电荷;而碱性染料电离时染料离子带阳电。因而,带阴电的细菌常和带阳电的碱性染料进行结合。所以,在细菌学上常用碱性染料进行染色。
影响染色的其它要素,还有菌体细胞的构造和其外膜的通透性,如细胞膜的通透性、膜孔的大小和细胞结构完整与否,在染色上都起一定效果。此外,培养基的组成、菌令、染色液中的电介质含量和pH、温度、药物的效果等,也都能影响细菌的染色。