破伤风梭菌并不引起明显的病理改变，其产生的大量外毒素则是致病原因，包括痉挛毒素和溶血毒素。痉挛毒素经血液循环和淋巴系统，到达脊髓前角灰质或脑干运动神经核部位，破坏抑制性神经元释放的神经递质，使运动神经系统失去抑制而兴奋性增强，导致随意肌紧张性收缩与阵发性痉挛。溶血毒素可引起组织局部坏死和心肌损害。