破伤风杆菌是一种产芽孢的革兰氏阳性细长厌氧杆菌。这种生物对热敏感，不能在有氧条件下生存。相比之下，孢子对热和常用的防腐剂有极强的抵抗力。它们可以在249.8℉(121℃)高压灭菌10到15分钟。孢子对苯酚和其他化学试剂也有相对的抵抗力。
孢子广泛分布于土壤和马、羊、牛、狗、猫、鼠、豚鼠和鸡的肠道和粪便中。粪肥处理过的土壤可能含有大量孢子。在农业地区，相当数量的成年人可能携带这种病菌。孢子也可以在皮肤表面和被污染的海洛因中找到。
破伤风杆菌产生两种外毒素，破伤风溶素和破伤风毒素。破伤风毒素是一种神经毒素，引起破伤风的临床表现。根据体重，破伤风毒素是已知最强的毒素之一:估计最低人类致死剂量为每公斤体重2.5纳克(一纳克等于十亿分之一克)，或者70公斤(154磅)的人为175纳克。