Сложные (дифференциальные) способы окраски бактерий, а также рецепты приготовления красок приведены в соответствующих разделах. В основе этой окраски лежит неодинаковое восприятие красок разными микробами. Так, окраска по Граму основана на том, что грамположительные микробы (стафилококки, стрептококки) прочно соединяются с красителями трифинилметановой группы (генцианвиолетом, метилвиолетом, кристалл-виолетом). Окрашенные микробы не обесцвечиваются под воздействием спирта. Грамотрицательные бактерии (бактерии из группы кишечной палочки и др.) с красителями трифинилметановой группы и йодом образуют соединения, легко разрушающиеся спиртом. Обесцвеченные клетки дополнительно окрашивают фуксином в красный цвет. Способность грамположительных бактерий удерживать краску связана с присутствием в них магниевой соли рибонуклеиновой кислоты; грамотрицательные бактерии ее не содержат.

Окраска кислотоустойчивых бактерий (микобактерий туберкулеза) основана на том, что микробные клетки, окрашенные карболовым фуксином, не обесцвечиваются под действием минеральных кислот. В то же время эти микробы плохо воспринимают краску. Поэтому для их окрашивания применяют более концентрированные растворы красок в подогретом виде, с протравами и удлиняют срок окраски.

Для определения концентрации бактериальных клеток во взвесях применяют счетные камеры и бактерийный стандарт. В качестве эталона мутности берут заянные пробирки, содержащие взвесь определенной степени мутности, соответствующей содержанию известно количества бактерий в 1 мл. Эталонную взвесь готовят применяя мельчайшие частицы стекла пирекс в дистиллированной воде, сернокислый барий в 1%ном растворе лимоннокислого натрия или взвесь бактерий. Наиболее устойчивым эталоном служит взвесь, приготовленная из стекла.