Khi vi khuẩn gây bệnh nằm trong các ổ áp xe nung mủ lớn hoặc có tổ chức hoại tử bao bọc; người bệnh có dùng kháng sinh nhưng, do bị các tổ chức viêm, tế bào hoại tử ngăn cản, kháng sinh không thấm tới được ổ viêm và tới vi khuẩn gây bệnh nên không phát huy được tác dụng. Hoặc khi vi khuẩn ở trạng thái nghỉ (không có chuyển hóa và nhân lên) thì không chịu tác dụng của những thuốc ức chế quá trình sinh tổng hợp chất, ví dụ khi vi khuẩn lao nằm trong hang lao.
Vì thế, trong những trường hợp này, nếu giải phóng các tổ chức viêm hay tế bào hoại tử (ví dụ bằng tiểu phẫu), kháng sinh thấm tới được ổ vi khuẩn thì sẽ phát huy tác dụng. Hoặc khi vi khuẩn lao trở lại trạng thái hoạt động (có chuyển hóa, sinh sản) thì sẽ lại chịu tác dụng của kháng sinh.
Đề kháng tự nhiên
Một số vi khuẩn không chịu tác động của một số kháng sinh nhất định, ví dụ tụ cầu không chịu tác dụng của colistin hoặc Pseudomonas không chịu tác dụng của penicillin. Các vi khuẩn không có vách như Mycoplasma sẽ không chịu tác dụng của kháng sinh ức chế sinh tổng hợp vách như beta-lactam.
Đề kháng thu được
Do một biến cố di truyền là đột biến hoặc nhận được gen đề kháng mà vi khuẩn đang từ không trở nên có gen đề kháng. Các gen đề kháng có thể nằm trên những thành phần khác nhau mang chất liệu di truyền trong tế bào vi khuẩn, đó là nhiễm sắc thể hay plasmid hoặc trên transposon (xem thêm bài Di truyền vi khuẩn).
Các gen đề kháng có thể lan truyền được từ vi khuẩn nọ sang vi khuẩn kia thông qua các hình thức vận nạp (khi vi khuẩn đề kháng bị ly giải), khuẩn đề kháng tiếp xúc với vi khuẩn nhò transposon).
Điều đáng quan tâm là vai trò chọn lọc của kháng sinh: khi kháng sinh được dùng rộng rãi và nhất là không đủ liều lượng thì chính kháng sinh lại là yếu tố chọn lọc, loại trừ (tiêu diệt) các vi khuẩn nhậy cảm và giữ lại những vi khuẩn đề kháng kháng sinh. Những cá thể (tế bào) đề kháng sẽ phát triển thành những dòng vi khuẩn đề kháng trong quần thể vi sinh vật.
Khi kháng sinh được dùng rộng rãi và nhất là không đủ liều lượng thì chính kháng sinh cũng lại là yếu tố kích thích vi khuẩn, gây ra những thay đổi (đột biến cảm ứng) để thích ứng vối môi trường. Điều này có thể lý giải: vì sao vi khuẩn gây bệnh phân lập được trong bệnh viện có khả năng đề kháng kháng sinh cao hơn vi khuẩn phân lập được ở ngoài cộng đồng.
