В патогенезе заболевания играет роль переохлаждение тела, перенесенная вирусная инфекция, в частности грипп, корь, паротит, нельзя полностью исключить сифилис. Двухфазные гемолизины относятся к классу IgG3. Фиксация гемолизинов на эритроцитах происходит при температуре 0-15 °С (первая фаза), а внутрисосудистый гемолиз, который идет с участием комплемента, при температуре 37 °С (вторая фаза). Гемолитический эффект наступает при переходе человека в теплое помещение.
Заболевание проявляется приступами озноба, лихорадкой, болями в животе, рвотой, тошнотой, вазомоторными нарушениями, появлением мочи черного цвета через несколько часов после переохлаждения. Может появиться иктеричность склер, спленомегалия.
В костном мозге отмечается гиперплазия красного ростка. В периферической крови содержание гемоглобина вне криза бывает нормальным. В период криза развивается анемия, ретикулоцитоз, лейкопения, реже тром- боцитопения. В сыворотке крови имеет место повышение уровня свободного гемоглобина плазмы, снижение концентрации гаптоглобина. В моче - гемоглобинурия, гемосидеринурия.