微生物的染色原理主要依賴於物理和化學因素的影響。這些因素包括：
物理因素。這涉及細胞及細胞物質對染料的毛細現象、滲透和吸附作用。細胞對染料的吸附是一個重要的物理過程。
化學因素。基於細胞物質和染料的不同性質，發生的各種化學反應。例如，酸性物質（如細胞核）更易於與鹼性染料發生化學反應，而鹼性物質（如細胞質）則更容易與酸性染料發生反應。
細菌和其他微生物細胞的等電點通常在2到5之間，這意味著它們在中性、鹼性或弱酸性溶液中帶負電荷。因此，這些細菌容易與帶正電荷的鹼性染料結合，這是為什麼在細菌學中常用鹼性染料進行染色的原因。
此外，染色後微生物細胞的折光率發生變化，使得細胞更易於在顯微鏡下觀察。