CMV是雙鏈DNA病毒，屬于皰疹病毒群，其形態與其他皰疹病毒相似，對宿主或組織培養細胞有明顯的種屬特異性，人類CMV僅能在人胚纖維母細胞中分離，培養；受染細胞變圓，逐漸增大，出現胞漿內嗜酸性包涵體和嗜酸性或雙嗜性核內包涵體為其主要特征，核內包涵體（8～10μm直徑）占核中央區的大部分，用蘇木精染色呈紫紅色，其周圍有一個境界分明的亮圈與核膜分離，類似貓頭鷹眼，胞漿內包涵體（直徑約4μm）一般聚集在胞漿的一側（圖18-14），CMV在熱，酸性環境和脂肪溶劑中不穩定，在56℃30分鐘或紫外線照射5分鐘后可被滅活，能耐受寒冷，保存在-60～-80℃的冰箱中能保留其感染性，人CMV只有1個血清型，但至少有3個血清"亞型"株，它們之間關系很密切，幾乎不能用中和試驗來區別，AD169株有廣泛的抗原性，故常作為代表株用于血清學試驗。
母體患原發CMV感染時，此病毒廣泛存在于宿主的各種器官內，可隨血流通過胎盤而感染胎兒，尤其在妊娠4個月內，更易造成胎兒損害，胎兒早期感染后，引起宿主細胞的細胞免疫耐受，從而允許病毒在細胞內緩慢增殖，造成器官損害，其后果嚴重者則引起流產，死產，輕則造成出生體重偏低或畸形，嬰兒先天性感染常帶有明顯的遺留損害的危險，特別是對中樞神經系統影響較多。
先天性感染的嚴重程度，與缺乏產生沉淀抗體的能力和T細胞對CMV的應答有關，兒童和成年人感染CMV后，在外周血中出現具有抑制細胞毒表型的活化T淋巴細胞，如果宿主的T細胞功能受損，潛伏的病毒就可能復活并引起多種癥候群。
妊娠期復發感染不一定導致胎兒先天性感染，此時母體病毒量較原發者少，嬰兒經宮頸感染時，在出生頭幾個月內有被感染的高度危險，后天獲得性感染大都無癥狀，但可持續或間歇性排出病毒，發病時癥狀亦較輕。
人體患巨細胞包涵體病后，病原體可廣泛分布于全身各臟器，引起細胞炎癥反應，典型的包涵體出現在各組織的巨細胞內，常見于肺，肝，中樞神經系統，唾液腺，還包括腎，腸，腎上腺，膀胱，胰，甲狀腺，甲狀旁腺，睪丸，附睪，卵巢，心肌，眼球，骨骼，血管，皮膚等，可引起慢性間質性腎炎，肺炎，灶性肝壞死，腦壞死性肉芽腫，廣泛鈣化（包括腦室壁鈣沉積），肝脾等髓外造血，潰瘍性腸炎等。