Las especies de Proteus no suelen fermentar la lactosa, pero han demostrado ser capaces de fermentar la glucosa dependiendo de la especie en una prueba de triple hierro de azúcar (TSI). Al pertenecer al orden Enterobacterales, los caracteres generales se aplican a este género. Es oxidasa-negativa pero catalasa- y nitrato-positiva. Las pruebas específicas incluyen pruebas positivas de ureasa (que es la prueba fundamental para diferenciar Proteus de Salmonella) y de fenilalanina desaminasa.

A nivel de especie, el indol se considera fiable, ya que es positivo para P. vulgaris, pero negativo para P. mirabilis. La mayoría de las cepas producen una potente enzima ureasa, que hidroliza rápidamente la urea en amoníaco y monóxido de carbono; las excepciones son algunas cepas de Providencia. Las especies pueden ser móviles y tienen patrones característicos de «enjambre». En estos comportamientos subyacen los antígenos somáticos O y flagelares H, denominados así por la clasificación de Kauffman-White. Este sistema se basa en las observaciones históricas de Edmund Weil (1879-1922) y Arthur Felix (1887-1956) sobre una fina película superficial producida por cepas de Proteus flageladas cultivadas en agar, una película que se asemejaba al vaho producido por el aliento sobre un cristal. Por lo tanto, las variantes flageladas (enjambres, móviles) se designaron como formas H (Hauch en alemán, para película, literalmente aliento o niebla); las variantes no flageladas (no enjambres, no móviles) que crecían como colonias aisladas y carecían de la película superficial se designaron como formas O (ohne Hauch en alemán, sin película).

El antígeno O de la pared celular de ciertas cepas de Proteus, como OX-2, OX-19, OX-k, presentan una reacción cruzada con varias especies de Rickettsia. Estos antígenos pueden utilizarse en el laboratorio para detectar la presencia de anticuerpos contra determinadas especies de Rickettsia en el suero de los pacientes. Esta prueba se denomina reacción de Weil-Felix en honor a sus creadores.