Возбудитель - Francisella tularensis, род Francisella, семейство Brucellaceae. Грамотрицательная полиморфная (преимущественно кокковидная) неподвижная палочка, не образующая спор и капсул. Факультативный анаэроб. Возбудитель требователен к условиям культивирования, растёт на питательных средах с добавлением цистеина или яичного желтка, кроличьей дефибринированной крови, тканевых экстрактов (печени, селезёнки, мозга) и других стимуляторов роста. Из лабораторных животных повышенной восприимчивостью к туляремии обладают белые мыши и морские свинки.
Микроорганизм содержит соматический (О) и оболочечный (Vi) антигены, с которыми связаны вирулентность и иммуногенные свойства возбудителя. Основной фактор патогенности - эндотоксин.
F. tularensis устойчива в окружающей среде, особенно при низких температурах и высокой влажности (выживает при -300 °С, сохраняется во льду до 10 мес, в замороженном мясе - до 3 мес). Возбудитель менее устойчив к высыханию (в шкурках павших от туляремии грызунов сохраняется до 1,5 мес, при температуре 30 °С - до 1 нед); сохраняет жизнеспособность в речной воде при температуре 10 °С до 9 мес, в почве - до 2,5 мес, в молоке - до 8 сут, на зерне и соломе при -5 °С - до 192 сут, при температуре 20-30 °С - до 3 нед. В то же время F. tularensis весьма чувствительна к инсоляции, ультрафиолетовому облучению, ионизирующей радиации, высокой температуре и дезинфицирующим средствам (под действием растворов лизола, хлорамина, хлорной извести, сулемы погибают за 3-5 мин).
Для полного обеззараживания трупы инфицированных животных выдерживают в дезинфицирующем растворе не менее суток, после чего сжигают.
Возбудитель чувствителен к хлорамфениколу, рифампицину, стрептомицину и другим аминогликозидам, антибиотикам тетрациклиновой группы.