病毒呈杆状或丝状。壳似中空柱，衣壳粒与核酸呈螺旋对称排列。电子显微镜下可见其螺旋结构，内含核酸。如烟草花叶病毒的衣壳粒螺旋排列呈杆状，RNA位于衣壳内螺旋状沟中。病毒粒子全长300nm，直径15nm，由2130个衣壳粒组成130个螺旋。每一圈螺旋有16⅓个衣壳粒，每49个衣壳粒组成三圈螺旋，螺距2.3nm。RNA螺旋的直径为8nm，整个结构中心是一个直径为4nm的开放孔洞，。每个衣壳粒的分子质量为17400Da，RNA的分子质量为2.06×10⁶Da。整个病毒粒子的分子质量用物理化学方法测得(39~40)×10⁶Da。已知RNA占5%~6%，所以蛋白质衣壳的分子质量为(37~38)×10⁶Da，2130个衣壳粒中的每一个的分子质量为 17300±800Da。

用碱或去垢剂可使烟草花叶病毒粒子降解成蛋白质和核酸两部分。在适宜的温度和离子强度下，这些因降解而产生的衣壳粒又可自发地重新组装成棒状的衣壳，与完整的病毒粒子衣壳无法区别，但由于不含核酸，因此无感染能力。如果衣壳粒重新装配时有核酸存在，则能引起烟草花叶病。