革蘭氏陽性桿菌，2—5×0.5微米，大部分弱抗酸，某些株強抗酸。菌落粗糙、干，微褐色、暗產色。不形成菌絲體。在改良Sauton培養基內3天后大量生長。28℃和37℃生長；42℃不生長。不產生煙酸。不把水楊酸鹽和對氨基水楊酸降解為兒茶酚。芳基硫酸酯酶14天陰性。產生D—半乳糖苷酶；不產生酸性磷酸酯酶。24小時還原硝酸鹽為亞硝酸鹽。產生乙酰胺酶、煙酰胺酶、吡嗪酰胺酶、尿酶、尿囊素酶；不產生琥珀酰胺酶、異煙酰胺酶、水楊酰按酶。利用谷氨酸鹽、絲氨酸、D—葡糖胺酸鹽、乙酰胺、單乙醇胺為碳氮源；不利用苯酰胺、三亞甲二胺為碳氮源。以銨鹽為氮源利用醋酸鹽、檸檬酸鹽、琥珀酸鹽、L—蘋果酸鹽、丙酮酸鹽、富馬酸鹽為唯一碳源；不利用苯甲酸鹽、丙二酸鹽。利用葡萄糖、果糖、半乳糖、蔗糖、甘露糖、海藻糖、肌醇、甘露醇、山梨醇；不利用L—阿拉伯糖、D—木糖、L—鼠李糖。從D—葡萄糖、D—半乳糖、D— 甘露糖、海藻糖、肌醇、甘露醇、山梨醇產酸；從L—阿拉伯糖、D—木糖、L—鼠李糖不產酸。利用乙醇、正丙醇、丙二醇、正丁醇、異丁醇、2，3—丁二醇；不利用1， 3—和1，4—丁二醇為唯一碳源。以甘油為碳源時利用絲氨酸、尿素、乙酰胺、吡嗪酰胺、煙酰胺、硝酸鹽為氮源，某些株也利用亞硝酸鹽。在Ogawa蛋培養基上抗20微克/毫升氟尿嘧啶、5微克/毫升絲裂霉素C。在Sauton瓊脂上對5微克/毫升博來霉素敏感。抗對氨基水楊酸鈉(2毫克/毫升)、水楊酸鈉(0.5毫克/毫升)、對硝基苯甲酸 (0.5毫克/毫升)、鹽酸羥胺(0.5毫克/毫升)、5% NaCl、0.2%苦味酸、0.2%亞硝酸鈉。二氧化硅薄板層析出現相鄰兩點，相當于具有不同直鏈和α—烷基分枝的枝菌酸：上面點的枝菌酸具有62—74個碳原子，下面點枝菌酸具有64—78個碳原子。按枝菌酸碳原子數，桔橙紅球菌密切接近分枝桿菌；按雙鍵數又密切接近諾卡氏菌和紅球菌。