一旦通过培养后分离出微生物，就应进行鉴定。 识别对于确定管理（例如，药物治疗、隔离措施）很重要。以非核酸为基础的鉴定方法主要是利用微生物的表型特征（功能的或者形态学的）进行鉴定，而不是遗传鉴定。
微生物在培养基上的生长特征，比如菌落的大小、颜色和形状，结合革兰染色、更多的直接检测试验可以为种类的鉴定提供线索。
有很多生化试验可以应用，但是每一项试验都受到微生物种类（如需氧或者厌氧细菌）的限制。一些试验通过使用不同的基质让微生物生长以估计其能力。 其他评估包括关键酶（如凝固酶，过氧化氢酶）的存在及活性检测。 检测按顺序进行，先前的结果决定下一次的检测方法。测试的顺序多种多样，各实验室之间有所不同。
以非核酸鉴定方法可能包括
手工方法
自动化系统
色谱法
质谱学
一些商家可以提供包含有一组单独试验的试剂盒，可使用单个的接种物同时进行检测，有利于检测出更多的微生物。多重试验体系可以使结果更加精确，但是可能需要数天才能得到结果。
色谱法
微生物的组成成分或者产物可以通过使用高效液相色谱仪（HPLC）或者气体色谱仪进行分离和鉴别。通常是将一种微生物的脂肪酸作为基本数据，通过与其进行对照来鉴别。
色谱法可用于鉴别需氧和厌氧菌、分枝杆菌以及真菌。试验的准确性依赖于对样本进行培养的条件以及基本数据的质量，因此该项试验欠准确或者是不完整的。
质谱学
质谱法可以检测一份标本中不同质量的各种蛋白质。特定病原体具有独特的蛋白质，因此相关蛋白质的质量以及丰富的蛋白质数量有时可以用来鉴定微生物。质谱是正在或已经开发用于检测和识别生物战和生物恐怖主义剂的诸多创新技术之一。 然而这种方法是限制性的，因为它不同于那基于核酸的检测方法，不容易在现场部署。
目前，一种称为基质辅助激光解吸电离飞行时间（MALDI-TOF）的质谱分析法正被用于鉴定细菌（包括分枝杆菌）、酵母、霉菌和潜在的病毒。 该方法的优点是，可以在1小时内鉴定微生物；传统方法可能需要24~48小时。
