當病灶或血流中革蘭氏陰性病原菌大量死亡，釋放出來的大量內毒素進入血液時，可發生內毒素血癥。大量內毒素作用于機體的巨噬細胞、中性粒細胞、內皮細胞、血小板，以及補體系統和凝血系統等，便會產生白細胞介素1、6、8和腫瘤壞死因子α、組胺、5羥色胺、前列腺素、激肽等生物活性物質。這些物質作用于小血管造成功能紊亂而導致微循環障礙，臨床表現為微循環衰竭、低血壓、缺氧、酸中毒等，于是導致病人休克，這種病理反應叫做內毒素休克。
關于內毒素休克，過去曾有過慘痛的教訓。20世紀40年代青霉素剛問世的時候，醫生發現青霉素對腦膜炎奈瑟菌引起的流行性腦膜炎療效非常顯著。因此，凡發現這類病人，一律優選青霉素進行治療；且按照一般規律，用藥劑量隨病情嚴重程度而遞增。結果發生了意外，用大劑量青霉素治療重癥腦膜炎患者時，不少發生了內毒素休克而死亡。后來經過研究分析，發現了其中的原委。病情嚴重的患者，體內存在的病原菌數量多，醫生采用大劑量“轟炸”，意欲“一舉殲敵”。快速、徹底殺滅病原體，這種戰略無可非議，但有些醫生忽略了另一方面，即流行性腦膜炎的病原菌是屬革蘭氏陰性菌的腦膜炎奈瑟菌，其致病物質是內毒素，而內毒素是要在病菌死亡后再放出的。如今用大劑量青霉素一下子將全部病菌殺死，也就是使大量內毒素一次放出，促成了內毒素休克，加速了患者的死亡。隨著醫學的進步，醫生遇到這類病人，一方面仍然要用大劑量的有效抗菌藥物去對付，同時要加用激素類藥物，以保護對內毒素敏感的細胞不對內毒素誘生的細胞因子發生反應，從而度過“休克”難關。猶如外科手術時，采用麻醉藥使病人喪失痛覺一樣。