微生物染色的基本原理是利用物理因素和化學因素的作用。物理因素包括細胞及細胞物質對染料的毛細現象、滲透和吸附作用，而化學因素則是基於細胞物質和染料的不同性質而發生的各種化學反應。根據細胞物質和染料的性質，酸性物質和鹼性物質可以通過改變其物理形式（如pH值）來促進吸附作用。例如，酸性物質通常易於吸附鹼性染料，而鹼性物質則易於吸附酸性染料。
微生物細胞由於其兩性電解質的性質，通常帶有負電荷，因此容易與帶正電荷的鹼性染料結合。這也是為什麼在微生物學中常用鹼性染料進行染色的原因。其他影響染色的因素包括菌體細胞的構造、外膜的通透性、培養基的組成、菌齡、染色液中的電介質含量和pH值、溫度以及藥物的作用等。
常見的微生物染色方法包括革蘭氏染色法、乳酸酚棉藍染色法、芽孢染色法和莢膜染色法等。這些方法通過特定的染料和步驟來觀察細菌的大小、形態結構和特定結構。