好気性、グラム陽性、非抗酸性、化学有機栄養性の放線菌で構成されている。栄養菌糸体を形成し、その栄養菌糸からは気菌糸が生じ、その気菌糸はいずれ節胞子（arthrospore）の単細胞又は単鎖へ分化する。この科の細菌に共通の特性として、同じ細胞壁タイプ（タイプIII：meso-ジアミノピメリン酸）、主要なメナキノンがMK-9(H6)であること、脂肪酸プロファイルはタイプ3aであることが挙げられている。識別に有用なmaduroseはほとんどの種に見られるが、それは種によって異なる。極性脂質プロファイルは、サーモモノスポラ属（Thermomonospora）やアクチノマジュラ属（Actinomadura）、スピリロスポラ属（Spirillospora）のほとんどの種においてはリン脂質タイプPIとして、アクチノコラリア属（Actinocorallia）においてはリン脂質タイプPIIとして特徴づけられている。
DNAのGC含量は66±72mol%である。16S rRNAのシグネチャーパターンは440 : 497 (C–G)、501 : 544 (C–G)、502 : 543 (G–C)、831 : 855 (G–G)、843 (U)、844 (A)及び1355 : 1367 (A–U)の位置のヌクレオチドで構成される[12]。タイプ属はサーモモノスポラ属（Thermomonospora）である[13]。