細菌的1科。它是促使植物異常增生的一類革蘭氏染色陰性需氧桿菌。正常細胞以鞭毛運動，無芽孢。可利用多種碳水化合物，并產生相當量的胞外粘液。DNA中的G＋C克分子含量為57～65％。
根瘤菌科是H．J．康思于1936年建立的。經過70年代和80年代初的研究，本科的變化較大，現包括4屬10種，但其中的放射土壤桿菌不能引起植物異常增生。
根瘤菌屬和慢生根瘤菌屬 兩屬細菌都能從豆科植物根毛侵入根內形成根瘤，并在根瘤內成為分枝的多態細胞，稱為類菌體。類菌體在根瘤內不生長繁殖，卻能與豆科植物共生固氮，對豆科植物生長有良好作用。這兩屬細菌的表現性狀極相似，只是根瘤菌屬的細菌在酵母膏、甘露醇、無機鹽瓊脂上生長快，3～5天的菌落直徑可達2～4毫米；在含碳水化合物的培養基上產酸。慢生根瘤菌屬的細菌卻與之相反，菌落生長甚慢，5～7天其直徑還不足1毫米，在含碳水化合物的培養基上不產酸，反而呈堿性。根瘤菌屬是于1889年由B．弗蘭克建立的，它包括3種：豌豆根瘤菌、苜蓿根瘤菌和百脈根瘤菌。慢生根瘤菌屬是D．C．喬丹于1982年從根瘤菌屬中分化出來的，屬內暫有一種，即曾經稱為大豆根瘤菌的大豆慢生根瘤菌。上述兩屬細菌時常制成細菌制劑在田間施用，作為作物或牧草增產的一種手段（見固氮微生物）。
土壤桿菌屬 1942年由H．J．康恩建立。其性狀與前述兩屬的根瘤細菌頗相似，但不能在豆科植物根上形成能共生固氮的根瘤。本屬細菌能夠通過外傷入侵多種雙子葉植物和裸子植物，致使植物細胞轉化為異常增生的腫瘤細胞，產生根癌、毛根和桿癭等病狀。土鑲桿菌屬內各個種誘發根癌的能力與其所特有的Ti質粒有關。本屬細菌為土傳性植物病原菌。
葉桿菌屬 1984年D．H．克內澤爾發表的1屬細菌。其表現性狀與前述3屬相近，特點是在紫金牛科和茜草科中某些熱帶種的葉片上形成共生葉瘤。細菌在葉瘤內也呈多態，但是否能共生固氮還沒能斷定。共有兩個種：紫金牛葉桿菌和茜草葉桿菌。
現代的分類手段，如DNA堿基組成、DNA同源性、rRNA順反子相似性、蛋白凝膠電泳、數值分類等結果，都證明土壤桿菌與兩屬根瘤菌有一定的親緣關系，也證明將根瘤細菌分為兩屬是符合客觀實際的。rRNA順反子相似性的研究結果證明葉桿菌屬與前3屬有一定關系，所以暫歸屬于根瘤菌科。