Les espèces de Proteus ne fermentent généralement pas le lactose, mais se sont révélées être des fermenteurs de glucose capables, selon l’espèce, d’un test au triple fer à sucre (TSI). Comme il appartient à l’ordre des Enterobacterales, les caractères généraux sont appliqués sur ce genre. Il est négatif à l’oxydase mais positif à la catalase et au nitrate. Les tests spécifiques comprennent des tests positifs à l’uréase (qui est le test fondamental pour différencier Proteus de Salmonella) et à la phénylalanine désaminase.
Au niveau de l’espèce, l’indole est considéré comme fiable, car il est positif pour P. vulgaris, mais négatif pour P. mirabilis. La plupart des souches produisent une puissante enzyme uréase, qui hydrolyse rapidement l’urée en ammoniac et en monoxyde de carbone ; les exceptions sont certaines souches de Providencia. Les espèces peuvent être mobiles et présenter un comportement caractéristique d’essaimage. Ces comportements reposent sur les antigènes somatiques O et flagellaires H, ainsi nommés selon la classification de Kauffman-White. Ce système est basé sur les observations historiques d’Edmund Weil (1879-1922) et d’Arthur Felix (1887-1956) d’une fine pellicule de surface produite par des souches de Proteus flagellées cultivées sur gélose, une pellicule qui ressemblait à la brume produite par le souffle sur un verre. Les variantes flagellées (grouillantes, mobiles) ont donc été désignées comme des formes H (allemand Hauch, pour film, littéralement souffle ou brume) ; les variantes non flagellées (non grouillantes, non mobiles) se développant sous forme de colonies isolées et dépourvues du film de surface ont été désignées comme des formes O (allemand ohne Hauch, sans film ).
L’antigène O de la paroi cellulaire de certaines souches de Proteus, comme OX-2, OX-19, OX-k, présente une réaction croisée avec plusieurs espèces de Rickettsia. Ces antigènes peuvent être utilisés en laboratoire pour détecter la présence d’anticorps contre certaines espèces de Rickettsia dans le sérum des patients. Ce test est appelé réaction de Weil-Felix du nom de ses initiateurs.