肉毒杆菌致病,主要靠强烈的肉毒毒素。肉毒毒素是已知最剧烈的毒物,毒性比KCN强一万倍;纯化结晶的肉毒毒素1mg能杀死2亿只小鼠,对人的致死剂量约0.1μg。肉毒毒素与典型的外毒素不同,并非由生活的细菌释放,而是在细菌细胞内产生无毒的前体毒素,等待细菌死亡自溶后游离出来,经肠道中的胰蛋白酶或细菌产生的蛋白酶激活后方始具有毒性,且能抵抗胃酸和消化酶的破坏。
肉毒毒素是一种神经毒素,能透过机体各部的粘膜。肉毒毒素由胃肠道吸收后,经淋巴和血行扩散,作用于颅脑神经核和外周神经肌肉接头以及植物神经末梢,阻碍乙酰胆碱释放,影响神经冲动的传递,导致肌肉的松弛性麻痹。