A principal característica que diferencia as micobactérias, como o Mycobacterium tuberculosis, das bactérias Gram-positivas e Gram-negativas no processo de coloração de Gram é a presença de uma parede celular rica em ácidos micólicos (lipídios complexos), que torna a parede altamente hidrofóbica e resistente à coloração de Gram. Por isso, as micobactérias não se coram bem pelo método de Gram, aparecendo geralmente como bacilos fracos ou não corados. Para identificá-las, utiliza-se a coloração de Ziehl-Neelsen (ou coloração ácido-álcool resistente), que destaca sua resistência à descoloração por ácidos após a coloração com fucsina fenicada.