O1群、O139群和非O1／非O139群霍乱弧菌的不同血清群，是根据其表面脂多糖抗原（O抗原）的不同而区分的，目前已鉴定到210余个血清群。霍乱弧菌的鞭毛抗原（H抗原）相同。有多个基因控制霍乱弧菌O抗原的合成，这些基因簇位于染色体上。

O1群霍乱弧菌按菌体抗原成分的不同可分成3个血清型，小川型（Ogawa）含A、B抗原因子，也含少量C因子成分；稻叶型（Inaba）含A、C因子；而彦岛型（Hikojima）含A、B、C因子。A为群特异性抗原，B、C为型特异性抗原。小川型单价血清即B因子血清，稻叶型单价血清即C因子血清。由于小川型菌株含有少量C抗原，在稻叶单价血清中常出现弱凝集，但稻叶型菌在小川型单价血清中并不起反应。彦岛型菌很少见，是小川型与稻叶型的中间型，在鉴定时，必须与两型单价血清都呈强的凝集，且试管凝集滴度均达到两单价血清原效价一半以上才能确认。

O139群霍乱弧菌不与O1群血清及其A、B、C因子血清发生凝集，但能和O22群、O155群霍乱弧菌及O1群霍乱弧菌粗糙型发生交叉凝集，故用O139群霍乱弧菌O抗原制备的诊断血清必须经过至少上述三群菌株的吸收。

在病例检测或是在实验室保存与传代过程中，有报道观察到O1群霍乱弧菌分离株的血清型别转变，甚至同一霍乱病例在不同日期曾分离出小川、稻叶和彦岛三种血清型菌株。在实验室无菌小白鼠经口感染可以得到“小川→稻叶”、“稻叶→小川”以及“光滑→粗糙”、“粗糙→光滑”的变异株。血清型转变与一个称为 rfbT的基因表达有关，当 rfbT表达正常，表现为小川血清型；当 rfbT基因发生变异或基因产物功能低下时，表现为稻叶血清型。