В методе Циля–Нильсена в качестве красителя используется основной карболовый фуксин. При одновременном воздействии нагревания и сильного протравливающего вещества, дестабилизирующего клеточную стенку, – фенола (карболовой кислоты), на котором готовится основное красящее вещество фуксин, облегчается проникновение анилинового красителя в микобактериальную клетку и особенно в структуры ее клеточной стенки, состоящей из липидов и миколовых кислот. Обычные анилиновые красители не воспринимаются микобактериями, и последние не окрашиваются. Такая трудная окрашиваемость микобактерий туберкулеза связана с тем, что в их состав входит значительный процент жировосковых веществ; особенно много их содержится в оболочке, поэтому для окраски микобактериальной клетки требуется первоначально разрыхлить ее оболочку.