空腸彎曲菌感染的發病機制尚不清楚。細菌經口攝入后，通過胃酸屏障到達小腸增殖，借系把本身的侵襲力（包括鞭毛和細菌表面蛋白質）侵犯腸粘膜，引起腸粘膜損傷。細菌產生的系把毒素和腸毒素也可能與腹瀉有關。空腸彎曲菌主要引起腸粘膜局部病變。一般不侵入血流。腸道病變可發生于空腸、回腸和結腸，主要為非特異性炎癥反應，伴中性粒細胞、漿細胞核浸潤。可見腸粘膜水腫、點狀出血、淺表潰瘍、隱窩膿腫等。體而彎曲菌表面被表面蛋白（S蛋白）組成的寂寞結構所覆蓋使其能耐受補體介導的殺菌和調離作用等防御機制因此胎兒彎曲菌感染后易引起菌血癥和腸道外器官的感染也易轉為慢性或癥狀反復發作。