蓝细菌的细胞有几种特化形式，较重要的是异形胞、静息孢子、链丝段和内孢子。异形胞是存在于丝状体蓝细菌中的较营养细胞稍大，色浅、壁厚、位于细胞链中间或末端，且数目少而不定的细胞。异形胞是固氮蓝细菌的固氮部位。营养细胞的光合产物与异形胞的固氮产物，可通过胞间连丝进行物质交换。静息孢子是一种着生于丝状体细胞链中间或末端的形大、色深、壁厚的休眠细胞，胞内有贮藏性物质，具有抗干旱或冷冻的能力。链丝段又称连锁体或藻殖段，是长细胞断裂而成的短链段，具有繁殖功能。内孢子是少数蓝细菌种类在细胞内形成许多球形或三角形的内孢子，成熟后可释放，具有繁殖功能。
蓝细菌的细胞一般比细菌大，通常直径为3~10μm，最大的可达60μm，如巨颤蓝细菌。根据细胞形态差异，蓝细菌可分为单细胞和丝状体两大类。单细胞类群多呈球状、椭圆状和杆状，单生或团聚体，如粘杆蓝细菌和皮果蓝细菌等属;丝状体蓝细菌是有许多细胞排列而成的群体，包括;有异形胞的，如鱼腥蓝细菌属;无异形胞的，如颤蓝细菌属;有分支的，如费氏蓝细菌属。