革蘭氏陰菌是不保留細菌分化的革蘭氏染色法中使用的結晶紫染色的細菌。 它們的特征在于它們的細胞包膜，其由夾在內部細胞質細胞膜和細菌外膜之間的薄肽聚糖細胞壁組成。

幾乎在地球上所有支持生命的環境中都發現了蘭氏陰菌。 革蘭氏陰性菌包括模式生物大腸桿菌，以及許多致病菌，如銅綠假單胞菌、沙眼衣原體和鼠疫耶爾森菌。 它們是一項重大的醫學挑戰，因為它們的外膜可以保護它們免受許多抗生素（包括青霉素）、通常會損壞內細胞膜的清潔劑和溶菌酶（一種由動物產生的構成先天免疫系統一部分的抗菌酶）的侵害。 此外，該膜的外層包含復雜的脂多糖 (LPS)，當細菌被免疫細胞裂解時，其脂質 A 成分會引起毒性反應。 這種毒性反應可能導致低血壓、呼吸衰竭、氧氣輸送減少和乳酸性酸中毒——感染性休克的表現。

幾類抗生素已被設計用于靶向革蘭氏陰性菌，包括氨基青霉素、脲青霉素、頭孢菌素、β-內酰胺-β-內酰胺酶抑制劑組合（例如哌拉西林-他唑巴坦）、葉酸拮抗劑、喹諾酮類和碳青霉烯類。 這些抗生素中的許多也涵蓋革蘭氏陽性生物。 專門針對革蘭氏陰性菌的藥物包括氨基糖苷類、單環內酰胺類（氨曲南）和環丙沙星。

傳統的革蘭氏陰性 (LPS-diderm) 細菌具有以下特征：

• 存在內細胞膜（細胞質）
• 存在薄的肽聚糖層（革蘭氏陽性細菌中的肽聚糖層要厚得多）
• 外膜含有脂多糖（LPS，由脂質 A、核心多糖和 O 抗原組成）在其外小葉中，在內小葉中含有磷脂
• 孔蛋白存在于外膜中，其作用類似于特定分子的孔
• 在外膜和細胞質膜之間有一個空間充滿了稱為周質的濃縮凝膠狀物質
• S 層直接附著在外膜上而不是肽聚糖上
• 如果存在，鞭毛有四個支撐環而不是兩個
• 磷壁酸或脂磷壁酸不存在
• 脂蛋白附著在多糖主鏈上
• 有些含有 Braun 脂蛋白，它通過共價鍵連接外膜和肽聚糖鏈
• 大多數，除了少數例外，不形成孢子

與細胞形狀一起，革蘭氏染色是一種快速診斷工具，曾被用于在細菌的細分中對物種進行分組。歷史上，Monera 王國根據革蘭氏染色分為四個部分：Firmacutes (+)、Gracillicutes (?)、 Mollicutes (0) 和 Mendocutes (var.)。自 1987 年以來，革蘭氏陰性細菌的單系性已被分子研究證實。 然而，一些作者，如 Cavalier-Smith 仍然將它們視為單系分類單元（盡管不是進化枝；他對單系的定義需要一個共同的祖先，但不需要全系，即所有后代都包含在分類單元中的屬性）并參考 作為一個亞界 Negibacteria 的組。

細菌傳統上根據革蘭氏染色反應分為革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌。 只有一層膜的革蘭氏陽性細菌也被稱為單皮細菌，而具有兩層膜的革蘭氏陰性細菌也被稱為雙胚層細菌。 傳統上認為這些群體代表譜系，即額外的膜只進化一次，因此革蘭氏陰性細菌彼此之間的關系比任何革蘭氏陽性細菌更密切。

雖然這通常是正確的，但在某些情況下分類系統會崩潰，譜系分組與染色結果不匹配。 因此，革蘭氏染色不能可靠地用于評估細菌的家族關系。 然而，染色通常可以提供有關細胞膜組成的可靠信息，從而區分是否存在外層脂質膜。

在這兩個結構不同的原核生物群中，單皮原核生物被認為是祖先的。 基于許多不同的觀察結果，包括革蘭氏陽性菌對抗生素最敏感，而革蘭氏陰性菌通常對抗生素有耐藥性，有人提出革蘭氏陰性菌的外細胞膜（ diderms) 進化為對抗抗生素 s 的保護機制。