无性世代的木霉菌是属于不完全菌门、丝孢纲、丛梗孢目、木霉菌属，有性世代则大多属子囊菌门、核菌纲、肉座菌目、肉座菌属。根据比塞特（John Bissett）等的分类法，木霉菌属可区分成 4 群，然后各群再细分成多个不同的种。

各群的区分主要依据分支的重复性多寡，产孢的形状，瓶状枝着生数目、方式与形状，分生孢子外观形状、颜色，以及分生孢子柄的主轴大小来区分。至于不同种之间的区分，则依据菌落生长速度、色素与气味，产孢形式、颜色与外在菌丝形状，瓶状枝着生数目、方式、形状与大小，分生孢子外观形状、大小与颜色，分生孢子柄的再分支状况、主轴宽度等情况来决定。目前已知无性世代的木霉菌可区分成31种，并依区域区分成不同菌株。

木霉菌可用来防治病害或抑制病原的主要机制，其行为通常可归类成五大类，即产生抗生素、营养竞争、微寄生、细胞壁分解酵素、以及诱导植物产生抗性。一般而言，上述机制虽会因木霉菌种类或菌株的不同而出现主要功能上的差异，但病害防治的整体机制通常会涵盖一种以上。

产生抗生素：木霉菌可以产生挥发性或非挥发性抑制病原菌生长的抗生物质，如三柯胜、三柯得茗、粘帚毒素、煤尼毒素及胜肽素等。司齐博克（Mary Schirmbock）等人曾观察到哈氏木霉菌可产生细胞壁分解酵素及胜肽博素的抗生素，如果把这种抗生素与几丁质分解酵素结合，可抑制病原菌孢子发芽与菌丝生长。

营养竞争：利用竞争能力强的微生物，消耗如铁、氮、碳、氧或其它适宜病原菌生长的微量元素，可以限制病原菌的生长、发芽或代谢。在这方面，木霉菌主要是夺取或阻断病原菌所需的养分。由于营养竞争很难用变异菌株加以证明，而且添加物质也可能会改变病害的发生，以致无法取得强而有力的证据，显示防治的机制是与竞争养分有关。目前较具明证者，仅在铁、铜等离子的竞争方面，而这又与能否产生嵌合物质等具有相关性，因为这类物质也会减少病原菌的发芽与生长。

细胞壁分解酵素：一般认为细胞壁分解酵素在抑制病害上扮演着重要的角色。由于几丁质与葡聚糖是真菌细胞壁的主要成分（除卵菌纲外），很多试验显示几丁质分解酵素或葡聚糖分解酵素，单独或组合使用时可直接分解真菌细胞壁。近来遗传学上也证明，缺乏几丁质分解酵素的突变菌株，其抑制病原菌孢子发芽的能力以及病害防治能力都明显降低。

试验显示，如果把几丁质分解酵素基因引入无病害防治能力的大肠杆菌菌株中，这个转殖菌株就可减少大豆白绢病的发生。同样地，把来自薛利蒂亚细菌的几丁质分解酵素引入到哈式木霉菌菌株后，这种菌株也比原来菌株具有更强的覆盖白绢病生长的能力。最近更有很多转殖植物含有来自木霉菌的几丁质分解酵素，因而增加了它们对植物病原真菌的抗性。

微寄生：以木霉菌的微寄生立枯丝核病菌为例，其过程大约可分成四个步骤。首先是趋化性生长，也就是木霉菌会趋向能产生化学刺激物的病原菌生长。第二个步骤是辨识，这个步骤和病原菌含有的聚血素及拮抗菌表面拥有的碳水化合物接收器有关，这类物质左右了病原菌与拮抗微生物之间作用的专一性。第三个步骤是接触与细胞壁分解。最后则是穿刺作用，也就是木霉菌会产生类似附着器的构造，侵入真菌细胞，进而分解与利用病原菌细胞物质。

诱导植物产生抗性：植物的系统性诱导抗病现象，是指植物经第一次接种原或非生物因子刺激后，产生对第二次接种原的抗性。这种抗性的发展，可导致植株对多种病原的感染都会有抵抗性，而非仅限于对原先的诱导病原。目前已有报告显示，植物经木霉菌处理后，可诱导产生特别的酵素等物质，进而对叶部病害或病毒病害产生抗性。