由于5种不同类型的大肠埃希杆菌各菌型间的毒力，侵袭情况不同及机体抵抗力的差异，临床表现亦不一致。
一类是细菌只附着于肠黏膜上生长繁殖并产生肠毒素，通过活化肠壁细胞的腺苷环化酶，当胞内环磷腺苷(cAMP)水平升高时，可促进小肠肠液分泌亢进(LT)，而ST毒素引起的肠液分泌亢进是环化鸟苷(cGMP)介导，同时肠毒素亦能损伤周围血管的上皮，引起腹泻，排出大量水样便(临床上类似霍乱样疾病)，另一类型是细菌能侵入肠黏膜上皮细胞，大量繁殖并能产生毒性物质引起一种网状液体溢出物流进肠腔，最后上皮细胞破裂，导致肠黏膜坏死和产生溃疡，大便则带脓血(临床类似痢疾样疾病)，主要病变以回肠为主。
