Vi khuẩn gây bệnh đã tiến hóa và phát triển nhưng cơ chế để sống sót và nhân lên bên trong tế bào vật chủ sau khi xâm nhập. Các tế bào vật chủ có thể chứa đựng vi khuẩn nội bào gồm các tế bào không có chức năng thực bào (như các tế bào biểu mô và tế bào nội mô) và cả thực bào chuyên nghiệp như đại thực bào và bạch cầu trung tính. Khả năng sống sót và nhân lên được bên trong các thực bào chuyên nghiệp là điều đáng ngạc nhiên bởi các tế bào được trang bị các vũ khí có sức công phá mạnh mẽ để tiêu diệt vi khuẩn bị nuốt vào. Các cơ chế tiêu diệt mầm bệnh này bao gồm sự sản xuất các chất trung gian có khả năng oxy hóa, độ pH thấp bên trong các không bào chứa vi khuẩn và sự hoạt hóa các enzyme tiêu hủy protein.

Thường có ba nơi đồn trú mà vi khuẩn sử dụng để ẩn nấp bên trong tế bào. Các vị trí này bao gồm:

• Bên trong các không bào tiêu thể-thực bào thể (lysophagosome) có khả năng thủy phân và có tính acid,
• Bên trong các không bào chưa hòa màng với tiêu thể, và
• Bên trong dịch bào tương.

Coxiella burnetti là một ví dụ về khả năng vi khuẩn sống bên trong các môi trường độc của không bào tiêu thể-thực bào thể. Chính độ pH thấp là điều kiện cần thiết để tác nhân này tăng sinh. Các chủng Mycobacterium, Salmonella, Legionella pneumophila và Chlamydia trachomatis thuộc nhóm cư trú bên trong các không bào chưa hòa màng với tiêu thể. Các không bào bị các vi khuẩn này chiếm cứ được xem là được "đặc biệt hóa" hoặc được "tái cấu trúc" vì về mặt hình thể chúng thường khác biệt với các không bào khác trong tế bào và chứa các marker bề mặt đặc trưng. Shigella flexneri, L monocytogenes và Rickettsia rickettsii là những tác nhân gây bệnh sống trong dịch bào tương. Các vi khuẩn này có cùng chung một chiến lược dùng enzyme phá hủy các không bào lân cận và phát tán nội bào thông qua sử dụng các khung nâng đỡ của tế bào.

Các vi khuẩn ký sinh nội bào có thể nhân lên và lan tràn đến các tế bào khác trong vùng nhiễm trùng hoặc có thể đi xa hơn. Chlamydia và Rickettsia ly giải màng tế bào vật chủ, phóng thích các tế vi khuẩn gây nhiễm trùng, các vi khuẩn này sẽ bám và xâm nhập các tế bào lân cận. Ngoài tác động làm ly giải tế bào vật chủ, Shigella và Listeria còn sử dụng một con đường lan truyền từ tế bào đến tế bào thông qua việc truyền trực tiếp một phần cấu trúc tế bào nhiễm bệnh cho tế bào lành lân cận. Các tế bào nhiễm vi khuẩn này tạo ra các phần lồi vào tế bào lành, sau đó phần lồi này sẽ hòa màng với tế bào lành và tạo nên các không bào chứa vi khuẩn bên trong tế bào lành. Các vi khuẩn ký sinh trong đại thực bào và bạch cầu trung tính cũng có khả năng sử dụng các thực bào này như là các phương tiện chuyên chở để gây nhiễm trùng toàn thân thông qua hệ thống máu và bạch huyết. Salmonella typhi, các chủng Yersinia và Brucella được xem là có khả năng di chuyển giữa các tổ chức theo phương thức này.

Các vi khuẩn nội bào gây nên những vấn đề nghiêm trọng trong một số bệnh lý nhiễm trùng. Một số tác nhân nhiễm trùng nội bào có thể tồn tại hàng năm trời và cần phải sử dụng một liệu pháp kháng sinh rất mạnh mẽ. Nhiễm trực khuẩn lao Mycobacterium tuberculosis là ví dụ điển hình nhất.

Trọng tâm của các nghiên cứu hiện tại là nhận diện và xác định đặc trưng của các yếu tố độc lực mà vi khuẩn ký sinh nội bào sử dụng để chiếm lĩnh nơi ẩn nấu khó tiếp cận này.