Różnice między bakteriami Gram-dodatnimi i Gram-ujemnymi obejmują grubość ściany komórkowej, która ma grubość w przybliżeniu od 20 do 30 nanometrów w Gram-dodatnim i od 8 do 12 nanometrów w Gram-ujemnym; ilość peptydoglikanu w ścianach komórkowych; oraz zawartość lipidów i lipoprotein, która jest niska w bakteriach Gram-dodatnich i wysoka w Gram-ujemnym. Stosując proces barwienia Grama, bakterie Gram-dodatnie dają purpurowy odcień, podczas gdy wynik Gram-ujemny jest różowy.
Wszystkie bakterie zawierają warstwę peptydoglikanu w ścianie komórkowej, ale różnica między bakteriami Gram-dodatnimi i Gram-ujemnymi polega na tym, że Gram-ujemny ma cienką warstwę peptydoglikanu znajdującą się pomiędzy dwiema warstwami lipidowymi. To właśnie daje Gram-dodatnim bakteriom różową lub czerwoną plamę w procesie barwienia Grama. Z kolei bakterie Gram-dodatnie powodują fioletowe lub fioletowe zabarwienie ze względu na grubą warstwę peptydoglikanu znajdującą się w ich ścianach komórkowych. Proces barwienia metodą Grama, odkryty przez Hansa Christiana Grama, pomaga w identyfikacji bakterii.
Kolejna różnica między bakteriami Gram-dodatnimi i Gram-ujemnymi występuje w strukturze wici, z dodatnim Gram zawierającym dwa pierścienie w podstawnym ciele i Gram-ujemnym zawierającym cztery pierścienie w podstawnym ciele. Bakterie Gram-dodatnie mają wysoką podatność na penicyliny i sulfonamidy, podczas gdy bakterie Gram-ujemne mają niską podatność.
