在电子显微镜下，我们可发现大多数噬菌体与动植物病毒有很大不同，它们具有独特的头和尾结构的复合形态。按照尾部的不同形态，又可把它们分为长、短和具有能收缩的尾鞘3种类型。另外，还有一些小二十面体型噬菌体却没有尾，一类在12个角顶上各多了1个结节，外观呈桑葚状，而另一类却连这种结构也没有。也有少数噬菌体为760×6～1950×6纳米的长丝或等轴的多面体，各角顶都有刺突或刷状刺突。
无论哪种复合形态的噬菌体，它们的头部都有1个立体对称的多面体，直径一般都在50～60纳米内，也有的比较大，竟达130纳米以上。这类噬菌体的结构相当复杂，如那种收缩尾鞘类的长尾大肠杆菌，它有一个约110×80纳米的多面体的头，和一条约113×16纳米的管状尾巴，在头尾相接连的部位是颈部结构，上面有1个颈圈和6根颈项。尾部中心是一根中空的尾轴，外面包着一层以可灵活收缩的尾鞘。尾鞘末端还连接着一块六角形的尾板，尾板的每个顶点上都附着一根与尾轴略呈平行的很短的一支尾针。另外尾板上还附有6根长长的，并且中间可折曲的尾丝。头壳和尾鞘均由一定数目的壳粒蛋白有规律地按一定顺序排列而成，构成了噬菌体颗粒的独特的几何形状。头壳保护着其中的核酸，而尾部则为感染细菌时的呼吸器官。