M13噬菌體是一種絲狀噬菌體，內有一個環狀單鏈DNA分子，長6407個核苷酸，含DNA復制和噬菌體增殖所需的遺傳信息。M13DNA的復制起始位點定位在基因間隔區內。但是基因間隔區的有些核苷酸序列即使發生突變、缺失或插入外源DNA片段，也不會影響M13DNA的復制，這為M13DNA構建克隆載體提供了條件。
其中M13mp系列對野生型M13加以改造，插入了多克隆位點和LacZ基因，可容納外源DNA300-400bp，可用于制備DNA測序時用的單鏈模板和核酸探針。
M13 噬菌體的生物學 M13 噬菌體顆粒是絲狀的，只感染F+（含F質粒，能產生性菌毛）的大腸桿菌。感染宿主后通常不裂解宿主細胞，而是從感染的細胞中分泌出噬菌體顆粒，宿主細胞仍能繼續生長和分裂。但生長水平比未感染組低。
M13 噬菌體的基因組為單鏈 DNA （+DNA），由 6407 的堿基組成。基因組 90% 以上的序列可編碼蛋白質，共有 11 個編碼基因，基因之間的間隔區多為幾個堿基。較大的間隔位于基因 Ⅷ 和基因 Ⅲ 以及基因 Ⅱ 和基因 Ⅳ 之間，其間有調節基因表達和 DNA 合成的元件。
M13 噬菌體基因組可編碼 3 類蛋白質，包括復制蛋白（基因 Ⅱ，Ⅴ 和 Ⅹ），形態發生蛋白（基因Ⅰ，Ⅳ 和 Ⅺ），結構蛋白（基因 Ⅲ 、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ 和 Ⅸ）。所有結構蛋白在形態發生之前都插入在宿主細胞的質膜中。基因組 DNA 為正鏈，按基因 Ⅱ 至基因 Ⅳ 方向合成，與噬菌體的 mRNA 序列同義。
在宿主細胞內，感染性的單鏈噬菌體 DNA （正鏈）在宿主酶的作用下轉變成環狀雙鏈 DNA ，用于 DNA 的復制，因此這種雙鏈 DNA 稱為復制型 DNA （replicative form DNA） ，即 RF DNA 。通過 θ 復制方式， RF DNA 進行擴增，基因的轉錄也隨即開始。基因組中的任意一個啟動子都可以啟動基因的轉錄，單方向地終止于下游的終止子。啟動子和終止子的位置關系使得靠近終止子的基因轉錄更頻繁。
當基因 Ⅱ 蛋白在親代 RF DNA 的正鏈特定位點上產生一個切口時，便啟動噬菌體基因組進行滾環復制。此時，在大腸桿菌的 DNA 聚合酶 Ⅰ 的作用下，以負鏈為模板在切口的 3' 末端加入核苷酸，并持續 DNA 的合成，用新合成的 DNA 替換原有的正鏈。當復制叉環繞模板整整一周時，被取代的正鏈由基因 Ⅱ 產物切去，經環化后形成單位長度的噬菌體基因組 DNA 。在感染開始的 15～20 分鐘內，這些子代正鏈在宿主細胞酶的作用下，又轉變成 RF DNA ，然后以之為模板繼續轉錄并繼續合成子代正鏈 DNA 。當感染細胞內累計有 100-200 個 RF DNA 時，細胞內也產生了足夠的單鏈 DNA 結合蛋白，即基因 Ⅴ 蛋白。該蛋白可以抑制翻譯活性，特別是抑制基因 Ⅱ mRNA 的翻譯，并且強烈地結合在新合成的正鏈 DNA 上，阻止其轉化成 RF DNA 。此時， DNA 的合成幾乎只產生子代正鏈 DNA 。另外，基因 Ⅹ 蛋白和基因 Ⅴ 蛋白也是噬菌體特異 DNA 合成的強力抑制子，從而限制感染細胞內 RF DNA 的數量。結果，感染細胞內 RF DNA 的數目和子代正鏈 DNA 的產生速率都能保持適度。
成熟噬菌體顆粒由 11 個病毒蛋白中的 5 個組成，至少 4 個其他蛋白（如基因 Ⅰ 、Ⅳ 和 Ⅺ 蛋白，以及宿主的硫氧還蛋白（thioredoxin）對噬菌體顆粒的組裝和分泌是必須的。