Заражение эшерихиями происходит энтерально. Возбудители проникают в тонкий кишечник, где начинают размножаться на поверхности эпителиоцитов.

Энтеропатогенные кишечные палочки (ЭПКП) имеют антигенное сродство с сальмонеллами, хорошо размножаются на поверхности кишечного эпителия, проникают в слизистую оболочку и вызывают очаговое воспаление преимущественно тонкого кишечника.

Энтероинвазивные кишечные палочки (ЭИКП) имеют антигенное сродство с шигеллами, обладают способностью размножаться в цитоплазме эпителиальных клеток слизистых оболочек кишечника.

Энтеротоксигенные кишечные палочки (ЭТКП) являются возбудителями холероподобных заболеваний. В кишечный эпителий они не проникают и воспаления слизистой оболочки не вызывают. Оба их энтеротоксина дают сходный холерогенный эффект — расширяют кишечные петли за счет скопления в их просвете жидкости. Возбудители прикрепляются к кишечному эпителию и размножаются на его поверхности.

Повреждение эпителия, бактериемия, сепсис возникают в редких случаях. Эшерихии, размножаясь на поверхности клеток тонкого кишечника, выделяют эндотоксины, ферменты и различные биологически активные вещества, которые инициируют местный воспалительный процесс с нарушением внутриполостного и мембранного пищеварения. При этом нарушается всасывание питательных веществ, воды и электролитов, что является причиной формирования диареи и эксикоза. Попадание эндотоксинов в кровоток приводит к развитию сосудистых расстройств, повреждению различных органов и систем.

Тяжесть патологического процесса в значительной степени обусловлена свойствами возбудителя — тяжелые формы чаще всего вызывают энтеропатогенные эшерихии, которые обладают высокой цитотоксичностью и адгезивностью.

После перенесенного заболевания иммунитет формируется только к тому серовару, который вызвал заболевание; в течение нескольких месяцев быстро снижается.