钩端螺旋体呈细长丝状，圆柱形，有12～18个螺旋，两端有钩，长6～20μm，呈活跃的旋转式运动，有较强的穿透力，革兰染色阴性，在暗视野显微镜下较易见到发亮的活动螺旋体，电镜下观察到其结构主要为外膜，鞭毛(轴丝)和柱形的原生质体(菌体)3部分，钩端螺旋体需氧，营养要求不高，在常用的柯氏培养基中生长良好，钩端螺旋体对干燥及一般消毒剂极为敏感，可迅速被杀灭，至1986年，全世界已发现23个血清群和200个血清型，我国已知有19群74型，钩端螺旋体的型别不同，对人的毒力，致病力也不同，某些钩端螺旋体有溶血素或其他毒素。各种有毒力的钩端螺旋体经人体破损的皮肤(或正常皮肤)或鼻，眼，口腔，胃肠黏膜进入机体，病原体穿透力极强，可迅速穿过血管壁或淋巴管进入血液循环，在血液中大量繁殖，并侵入各器官和组织，在潜伏期内产生菌血症，菌血症持续1周左右出现毒血症，造成全身毛细血管，肺，肝，肾，心，中枢神经系统等器官损害。
本病的病变基础是以钩端螺旋体毒素引起的全身毛细血管损伤，从而导致器官程度不同的功能紊乱，病原体侵入机体后，出现一系列非特异性免疫反应，开始为外周血液中性粒细胞增加，出现轻度炎症反应，继而淋巴细胞，浆细胞增殖，出现特异性抗体，病原体在器官，组织内生长，繁殖，裂解，机体出现特异性免疫反应，导致一系列损伤反应。
钩端螺旋体病病理改变的特点是器官功能障碍的严重程度和组织形态变化轻微的不一致性，包括出现严重临床症状的病例，此种轻微组织结构变化极易恢复，肺是钩端螺旋体常见的病变部位，常见的病变肺出血，气管或支气管黏膜出血，支气管腔和肺泡充满红细胞，少数肺泡尚含有气体或偶尔少量浆液渗出，但无肺水肿，虽然肺泡内有出血，但肺泡壁结构，间质细胞微质结构的改变很轻微，少数上皮细胞及内皮细胞有肿胀或浆膜破裂。
