是双链DNA病毒，形态为蝌蚪状，由头部、颈部和尾部三个部分构成。头部为一变形的二十面体对称而尾部呈螺旋对称。头部长95 nm，直径约为65 nm，其衣壳由8种蛋白组成。头部与尾部相连处有一构造简单的颈部，包括颈环和颈须两个部分，尾部由尾鞘、尾管、尾板、尾钉和尾丝五个部分组成。尾鞘、尾管长均为95 nm，是头部核酸进入寄主细胞的通道。尾板上长着6根尾丝和6个尾钉。尾丝和尾钉都具有吸附功能，尤其是尾丝能专一性吸附在敏感寄主细胞表面相应的受体上。
噬菌体入侵靶细胞的方法一般是将核苷酸引入体细胞，蛋白留到体细胞外。T4噬菌体能水解反应细菌细胞壁肽聚糖，其功效类似于溶菌酶，使植物细胞造成小圆孔，能够造成细菌细胞內容物露出。但在一切正常病毒繁殖全过程中，小圆孔迅速会被病菌修补。
