细菌的化学组成与其他生物细胞相似，含有碳、氧、氢、氮、硫、磷、钠、钾、钙、镁等多种元素。主要化合物包括水、无机盐类以及蛋白质、糖类、脂类、核酸、维生素、色素等。

鼠疫菌的化学成分研究的很少。Бнстренииаи研究了37℃条件下培养48小时的培养物，证明鼠疫菌含有3.64%的无机盐、3.67%的粗脂肪、84.13%的蛋白质，余下的8.56%未研究清楚，其中含有碳水化合物。Ивановскийнн研究了鼠疫菌的氮磷分配情况，结果如下：

Nair认为鼠疫菌含72.15%蛋白和11.11%的核酸。Nair（1966年）等研究了鼠疫菌EV株在酸消化的水解酪蛋白培养基上培养24小时，经洗涤、干燥后的菌细胞，其化学组成是：总氮12%~14%，蛋白质50%~60%，RNA 11.5%~16.0%，DNA 3.7%~4.5%，总糖9.1%~14.5%，磷脂0.4%~0.7%。培养温度27℃和37℃无差异，但若培养48小时则RNA将下降15%，而蛋白质、DNA、磷脂无变化。若振荡培养，RNA（15.1%）、DNA（10%）、总糖（30%）及磷脂（20%~40%）均明显增加。Py氏用硫酸铵沉淀肉汤培养物的透明部分，获得了干燥的毒性物质。Rowland从氯仿杀死的细菌中分离出甲乙两种毒性物质，乙种含有核蛋白。Н. И. Грязнов从加热杀死的培养物中获得了类脂约6.8%。

Е. И. Корбкова等确定鼠疫菌含有黏多糖类（透明质酸），存在于菌体的表面，它是荚膜成分之一；Е. З. Вахрах等以菌体水解法从鼠疫菌中分离出两种特殊的多糖类，一种存在菌体，另一种存在于荚膜物质中。

另外，鼠疫菌还含有许多酶类，如过氧化氢酶、核糖核酸酶、血浆凝固酶等。

中国鼠疫耶尔森菌株主要脂肪酸成分为16∶0酸，环式17∶0酸，3-羟基14∶0酸和ω7c 16∶1酸以及十八碳单烯酸，与MIDI公司Sherlock系统的菌库中的数据存在一些差异。实验菌株的脂肪酸成分极为接近，聚类图不能充分体现分离株在分离时间、地点以及生物型别上的差异，表明脂肪酸分析目前不适于鼠疫耶尔森菌的分型。根据实验结果可建立中国鼠疫耶尔森菌株的脂肪酸组成数据库。