腹瀉是肇因于輪狀病毒的多重活動。因為稱之為腸黏膜細胞（enterocyte）的腸細胞遭到該病毒的破壞而導致吸收不良（malabsorption）。產生腸毒素（enterotoxin）的病毒蛋白質NSP4制造了倚賴鈣離子的氯化分泌物，破壞了鈉-葡萄糖協同運輸蛋白1（sodium-glucose transport 1，SGLT1）載體居中調節的水份再吸收，這個顯然降低了刷狀緣（brush border）薄膜雙糖酵素（disaccharidase）的活動，而且可能激化腸神經系統中依賴鈣離子的分泌（secretion）的反射作用。健康的腸黏膜細胞會分泌乳糖酶進入小腸；所以因乳糖酶缺乏而造成的乳糖不耐癥也是輪狀病毒感染經常出現的癥狀，這個癥狀可以持續數周。乳糖不耐癥的再次發生通常與牛奶再次引入兒童的日常飲食有關，因為細菌發酵了在肚子內的雙糖乳糖。