构成细菌的鞭毛纤维的粒状蛋白质。其分子量可因菌种而异，肠细菌群的是5-6万，而芽孢杆菌属据报道为3万左右。这种蛋白质的氨基酸组成也因菌种而异，但都含有多量的天冬氨酸、苏氨酸、谷氨酸，而不含半胱氨酸和色氨酸。在沙门氏菌的一些种中，鞭毛蛋白所含赖氨酸，约有半数在ε位被甲基化。鞭毛纤维是通过鞭毛蛋白分子卷成圆筒状聚合而成。聚合反应是通过疏水键进行的，此时分子的形态发生了变化。而且由于形态发生改变的分子只在分子的一端与另一分子形成键，所以纤维只朝一个方向延长。用强酸处理或在60℃左右加热，鞭毛纤维即解离成鞭毛蛋白。把解离的分子放在适当离子强度的盐溶液中，使成过饱和状态时，则鞭毛蛋白会自动聚合而能再组成鞭毛纤维。鞭毛纤维成特殊的螺旋形，是由鞭毛蛋白的立体结构及其排列方式所决定的。通过诱变使鞭毛蛋白的氨基酸组成发生改变，可以得到同螺旋型鞭毛的细菌。
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