细菌实验室为四周合围封闭的长方形平顶砖混三层楼房（自南顺时针分别称为第3、4、5、6栋）。

细菌实验室为侵华日军第731部队进行细菌研究、生产、储藏的主要场所。其主体为四周合围封闭式的长方形平顶砖混三层楼房，分为四栋，其南侧称为第3栋，顺时针西侧为第4栋，北侧为第5栋，东侧为第6栋。

经历次破坏，细菌实验室已完全不见地上建筑，最高处仅为第6栋残存的约2平方米的当时一层地面，因此本次发掘揭露的遗迹全部为地下基础部分。

第3栋与第5栋平行，长度跨度较大，采用双排柱（设中心走廊）内框架结构，格局基本一致；第4栋与第6栋平行，长度跨度较小，采用单廊砖混结构，格局基本一致。据记载，当时环绕一楼走廊铺设窄幅铁轨以运输重要实验设备等。

建筑基础部分可分为三种：柱下独立基础、柱下联合基础和墙下条形基础。柱下独立基础和柱下联合基础具体形式均为钢筋混凝土锥台式扩展基础，但放坡形式存在差异，前者为四面放坡形式，后者为两面放坡形式。墙下条形基础由两部分组成：墙下钢筋混凝土条形基础和墙下砖砌条形基础。为满足承载力的需求，减小基础不均匀沉降等原因，本建筑墙下条形基础形式为钢筋混凝土地板上采用砖砌放大脚。放大脚形式为：把基础底面做的比墙体宽，呈阶梯形逐级收分。

据发掘得知，第3栋与第5栋的中央部分为不同形制的中心建筑，后者大体呈方形；前者南半为方形，北半向外伸出，端部成半圆形。

经实测，细菌实验室占地面积（包括中心建筑）为6393.40平方米。

特设监狱即第7栋和第8栋，系关押经“特别移送”，作为“实验材料”的秘密场所。分别横置于（东西走向，与第3栋和第5栋平行）细菌实验室合围之西部和东部正中。据历史文献和照片，特设监狱的地上部分为长方形坡顶砖混二层楼房。经发掘得知，其地下部分有中心通道，一侧与中心走廊连接，另侧分别与第4栋和第6栋相通。