主要根據白喉桿菌傳染后所發生的病理變化，分為局部病變和全身病變兩大類。
(1)局部病變：白喉桿菌侵入人體組織后產生一種外毒素，損害粘膜上皮細胞，發生壞死，纖維素及白細胞滲出。纖維素凝固后，形成一層假膜，白喉桿菌在假膜下繁殖滋長，產生更多外毒素，所致病損擴大，假膜向四周蔓延。喉部假膜附著較松，有時可以咳出。
(2)全身病變：白喉外毒素進入血液，出現全身中毒現象，可引起中毒性心肌炎、腎炎、周圍神經炎或腦神經損害。
