De bouw van een bacterie bepaalt of een antibioticum wel of niet zal werken. De binnenkant van de bacterie wordt beschermt door een wand. De samenstelling van de wand kan variëren van één dunne flexibele celmembraan, tot meerdere membranen of een celwand. De wand en de inhoud van een bacterie wordt continu aangepast om groei en deling mogelijk te maken. Op ruwweg vier verschillende manieren kunnen antibiotica een bacterie doden of de groei remmen:

• door remming van de bouw van de wand;
• door beschadigen van de celmembraan;
• door ingrijpen in de functie van erfelijk materiaal en stofwisseling
• door remming van de aanmaak van bouwstoffen (eiwitten)

Een antibioticum heeft een eigen aangrijpingspunt nodig om te kunnen werken. Penicilline verstoren bijvoorbeeld de aanpassing van de celwand waardoor de bacterie niet meer kan groeien en uiteindelijk sterft. Bacteriën die geen celwand hebben (Mycoplasma's) zijn per definitie ongevoelig voor penicilline. De eigenschappen die bacteriën van nature bezitten (biologische variatie) maakt dat ze ongevoelig kunnen zijn voor antibiotica. Dit wordt ook wel natuurlijke resistentie genoemd.