Умеренные фаги проникают в бактериальную клетку и, не нарушая процессов синтеза в клетке, включаются в хромосому бактерии-хозяина. ДНК умеренного фага, включенная в ДНК бактерий, называется профагом. Умеренный фаг в виде профага может длительное время существовать в бактериях и размножаться вместе с ними. Культуры бактерий, сохраняющие в хромосоме умеренный фаг, называют лизогенными.
Лизогенные бактерии способны передавать фаг по наследству бесконечно долго. Однако это равновесие нарушается при действии на лизогенные бактерии ультрафиолетовых лучей, радиации, некоторых антибиотиков, аскорбиновой кислоты. В этом случае профаги переходят из хромосомы бактерий в цитоплазму и превращаются в вирулентные. Нарушая синтез макромолекул в самой клетке, они размножаются и лизируют бактерии. Освобождаясь из клетки, они могут вновь заражать другие бактерии. Во время выхода профага из хромосомы бактериальной клетки в цитоплазму он может захватить с собой какие-либо гены бактериальной хромосомы, лежащие рядом с ним.
После лизиса клетки-хозяина фаг уносит эти гены и может передать их при заражении другой бактериальной клетке. Так, бактериофаг может унести из коринебактерии дифтерии гены, ответственные за продукцию токсинов, и передать их культурам этих бактерий, не обладающих способностью продуцировать токсин. Все процессы, связанные с заражением бактериальной культуры умеренным фагом, называют лизогенией.
