Клеточные стенки бактерий окрашиваются по Граму по-разному из-за различий в их строении. 2

Грамположительные бактерии имеют толстую сетчатую стенку, состоящую из пептидогликана (50–90% клеточной оболочки). 4 С компонентами их стенки связывается фиолетовый краситель, и в результате бактерии окрашиваются в фиолетовый цвет. 24

Грамотрицательные бактерии имеют более тонкий слой пептидогликана (10% клеточной оболочки). 4 Поверх этого слоя расположена наружная мембрана, которая мешает окрашиванию тонкой клеточной стенки. 2 Поэтому она не способна связаться с фиолетовым красителем, и бактерии окрашиваются в розовый или красный цвет. 45

Однако некоторые бактерии не поддаются однозначному окрашиванию по Граму, так как их клеточные стенки непрочны или покрыты жирами. 5 Такие бактерии могут одновременно окрашиваться в фиолетовый и розовый цвет в пределах одной клетки, либо клетки одного и того же вида могут окрашиваться по-разному в одном мазке. 5