自20世纪90年代初以后，对结核分枝杆菌耐药机制的研究已深入到分子水平。目前几种主要化疗药物耐药性分子机制已得到初步阐明，都涉及相关基因的突变，其中涉及利福平耐药性基因为RNA聚合酶B亚单位基因（ropB基因）。已知利福平耐药菌的ropB基因有14种突变，其中9种突变对利福布丁和利福喷丁交叉耐药。异烟肼耐药性基因为过氧化氢-过氧化物酶基因（KatG基因）异烟肼靶蛋白基因（inhA基因）和氧化防御基因（ahpC基因）。embB基因编码阿拉伯糖的转移酶是乙胺丁醇的推测靶位，其变化与乙胺丁醇的高耐药性有关。喹诺酮类药的耐药性与螺旋酶A亚单位基因（gyrA）突变有关。尼克酰胺酶基因（pncA基因）的突变涉及结核分枝杆菌对吡嗪酰胺的耐药性。链霉素耐药是由于核糖体亚基突变，主要突变部位是编码核糖体蛋白S12的rpsL基因。研究认为，结核分枝杆菌多重耐药分子机制是相应基因突变的累积造成的。

结核分枝杆菌对异烟肼、链霉素、利福平等抗结核药物较易产生耐药性，耐药菌株的毒力亦有所减弱，可能为药物诱导结核分枝杆菌形成L型之故。耐药基因在染色体上，而且对不同药物的耐药基因不相连接，因此结核分枝杆菌耐药菌株通常只对某一药物耐药，对其他药物仍敏感，因此联合用药能减少耐药菌株的形成。获得耐药性的机制包括基因突变、细菌产生降解或灭活酶类和改变药物作用靶位3种方式，其中染色体突变介导的耐药性是结核菌耐药的主要方式，如对异烟肼耐药与katG基因丢失有关；利福平主要作用于RNA多聚酶，编码该酶的基因（rpoB）突变则引起对利福平耐药。但近年由于药物应用不规范，导致该菌的多重耐药菌株呈增多趋势，甚至暴发流行。耐多药是由于多种药物靶基因突变所致。

根据我国的实际情况将MDR-TB定义为对同时五种主要抗结核药物（H：异烟肼，R：利福平，Z：吡嗪酰胺，E：乙胺丁醇，S：链霉素）的异烟肼和利福平的两种及两种以上产生耐药者。国内外学者对耐多药的分子机制进行了大量研究，但是耐药基因发生的突变与所表现出来的耐药水平不完全相符。

2006年9月世界卫生组织在网站上发出警示，较耐多药结核更为严重的超级耐药结核分枝杆菌已出现，它不仅对抗结核一线药物异烟肼、利福平具有耐药性，而且对抗结核二线药物也具有耐药性，因此，如何控制耐药结核的不断扩散，已经成为新的重要课题。