光學顯微鏡和電子顯微鏡觀察研究的結(jié)果,表明芽孢的形成在結(jié)構(gòu)上主要經(jīng)歷以下幾個階段：①核物質(zhì)融合成軸絲狀（桿狀）.②在細胞中央或一端,細胞膜內(nèi)陷形成隔膜包圍核物質(zhì),產(chǎn)生一個小細胞.③小細胞被原來的細胞膜包圍,生成前孢子.前孢子實質(zhì)上是一個被兩層同心膜包圍著的原生質(zhì)體.在光學顯微鏡下觀察未染色的活細菌,可以看到前孢子是一個清亮的、與菌體其他部分明顯不同的區(qū)域.④前孢子再被多層膜包圍,如皮層、孢子衣等,最后成為成熟的芽孢,由于細胞壁的潰溶而釋放出來.
芽泡形成過程中在化學成分方面也發(fā)生很大變化.生芽孢的細胞大量吸收鈣離子并大量合成營養(yǎng)細胞中沒有的吡啶二羧酸.在成熟的芽孢中,芽孢原生質(zhì)體含有極高的吡啶二羧酸鈣,在新合成的、具有特殊化學構(gòu)造的外層（皮層和孢子衣,有時還有芽孢外壁）中也有這種物質(zhì).芽孢的壁含有一種特殊的肽聚糖,所有芽孢基本上都一樣,但與營養(yǎng)細胞的細胞壁肽聚糖卻不一樣.同時,芽孢中還含有一些特殊的蛋白質(zhì).細菌芽孢的形成是細胞分化的一個典型例子,進行顯微鏡研究時可以見到7個明顯的分化階段：