L'agent responsable de la diphtérie est Corynebacterium diphtheriae: un bâtonnet fin, légèrement courbé, avec des épaississements en forme de massue aux extrémités, immobile; il ne forme ni spores, ni capsules, ni flagelles, et est Gram positif. Selon leur capacité à former une toxine, les corynébactéries diphtériques sont classées en toxigènes et non toxigènes.