破傷風梭菌經傷口侵入人體引起破傷風。其感染的重要條件是傷口形成厭氧微環境：如傷口窄而深（如刺傷），有泥土或異物污染；創傷壞死組織多，局部組織缺血缺氧；伴有需氧菌或兼性厭氧菌的混合感染等。
其主要致病物質是外毒素，即破傷風痙攣毒素，它是一種神經毒素，毒性極強，僅次于肉毒毒素。該毒素對中樞神經系統有特殊的親和力，可阻止抑制性突觸末端釋放抑制性神經遞質（甘氨酸與γ氨基丁酸），使肌肉活動的興奮與抑制失調，以致伸肌與屈肌同時強烈收縮，造成肌肉強直痙攣，形成破傷風特有的牙關緊閉、角弓反張等癥狀。破傷風痙攣毒素具有免疫原性，經0.3%的甲醛作用后脫毒成為類毒素。
破傷風潛伏期可從幾天至幾周，與原發感染部位距離中樞神經系統的長短有關。病菌在創傷局部繁殖產生的外毒素，經血流或淋巴進入中樞神經系統，亦可經末梢神經軸索逆行而上到達中樞神經系統，最終形成破傷風特有的癥狀。新生兒破傷風常為分娩時使用不潔器械剪斷臍帶，病原菌自臍部侵入所致，俗稱“臍帶風”“七日風”。
病后獲得免疫力不強，可再感染。獲得牢固免疫力的途徑是人工免疫。