グラム陰性のらせん菌であり、そのらせん形態は科や属ごとにそれぞれ特徴がある。 一般には0.1-0.5×4-250µm程度の細長い菌体がらせん状になっているものが多いが、中には500-600µmほどの大型のものもある。

スピロヘータ科:0.1-0.3×5-250µm程度の右巻きまたは左巻きの規則正しいらせん状で、菌体の両端付近に1-20本程度ずつの鞭毛を持つ。中には90-150本の鞭毛を持つ属もある。微好気性、通性嫌気性または偏性嫌気性。

セルプリナ科:0.2-0.4×4-9µm程度のゆるやかで粗大ならせん状で、菌体の両端付近に4-15本ずつの鞭毛を持つ。偏性嫌気性。

レプトスピラ科:0.1×6-12µm程度でスピロヘータの中では最も微細。規則正しい右巻きのらせん状で、菌体の両端または一端がフック状に湾曲する。菌体の両端付近にそれぞれ1本の鞭毛を持つ。偏性好気性。

スピロヘータは他の真正細菌とは異なる独特の構造を持ち、その基本構造は、細胞体、鞭毛、エンベロープという3つから構成される。 菌体の両端からそれぞれ伸びた鞭毛に、ちょうど菌体（細胞体）がらせん状に巻き付くような恰好となり、それらすべてをエンベロープと呼ばれる被膜構造が覆った状態になっている。 このため他の鞭毛を持つ細菌とは異なり、鞭毛が直接外部の環境に接することはない。 このような特徴から、スピロヘータの鞭毛は、軸糸 (axial filament)、細胞内鞭毛 (endoflagella)、ペリプラズム鞭毛、軸繊維などとも呼ばれる。

スピロヘータの細胞壁は薄いため細胞体は柔軟であり、またエンベロープも流動性に富んでいる。 この柔軟性と鞭毛の働きによって、スピロヘータは活発な運動性を示す。 スピロヘータの鞭毛は、他の原核生物の鞭毛と同様、菌体と接する部分を基点にして回転しているが、この鞭毛の回転によって鞭毛と接している細胞体とエンベロープも回転し、菌体全体がコルク抜きのように回転することで、前方への推進力を得る。 他の生物の鞭毛による運動の場合は、粘度の高い溶液の中では鞭毛を動かせずに運動が停止するが、スピロヘータのこの回転運動の場合は粘稠な溶液中でも運動することが可能である。 また、この回転運動以外にも、鞭毛の働きと菌体の柔軟性によって、スピロヘータは屈曲したり、固体の表面を這うように移動したりすることも可能である。

この他、属ごとに他の細菌にはあまり見られない特徴を有するものも見られる。 例えばトレポネーマ属やレプトネーマ属には細胞体の中に細胞内微小管と呼ばれる、真核細胞の微小管とよく似た構造が見られる。 またボレリアは、他のほとんどの真正細菌が環状DNAを遺伝子として持つのに対して、線状DNAを遺伝子として持っている。 さらにボレリアの細胞膜には動物細胞の膜脂質成分であるコレステロールが含まれており、この点でマイコプラズマと類似した特徴を持つ。