產甲烷菌的細胞結構：細胞封套（包括細胞壁、表面層、鞘和莢膜）、細胞質膜、原生質和核質。
產甲烷菌有革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌，它們的細胞壁結構和化學組分有所不同。也是與真細菌的區別點。
細胞封套有四種：
1.大多數G+產甲烷菌的細胞壁在結構上與G+真細菌相似，細胞壁有一層和三層的，單層的厚度為10～20nm，如甲烷桿菌屬與甲烷短桿菌屬。巴氏甲烷八疊球菌的細胞壁只有一層，厚約200nm。它們化學成分與G+真細菌的不同，不含細胞壁（即不含二胺基庚二酸或細胞酸）而是假細胞壁質或是未硫酸化的異多糖。三層的細胞壁壁厚為20～30nm，有內層、中層和外層。外層在細胞分裂橫隔形成時消失，如瘤胃甲烷短桿菌。
2.G+的熾熱高溫甲烷菌的細胞壁外有一層六角形的蛋白質亞基即S層覆蓋。
3.G-產甲烷菌不具有球囊多聚物或外膜。只有一層六角形或四角形的，由蛋白質亞基或糖蛋白亞基組成的S層。
4.甲烷螺菌的細胞質膜外只有一層由蛋白纖維組成的鞘包裹幾個細胞。其厚度為10nm。