白喉是由呼吸道或皮肤表层侵入的白喉杆菌，在上皮细胞繁殖，仅能引起局部组织轻度的炎症反应，常不侵入深部组织和血流。白喉杆菌产生的外毒素为致病的主要因素。
白喉是由呼吸道或皮肤表层侵入的白喉杆菌，在上皮细胞繁殖，仅能引起局部组织轻度的炎症反应，常不侵入深部组织和血流。白喉杆菌产生的外毒素为致病的主要因素。该毒素有A、B两个片段，B片段无直接的毒性，但当它与细胞表面受体结合，A片段即进入细胞内，从而对细胞发生直接致死作用，表现为局部粘膜上皮细胞坏死，并逐渐扩大融合，同时可见局部粘膜血管扩张充血，大量纤维蛋白渗出。渗出的纤维蛋白与坏死细胞、白细胞和细菌凝结在一起，覆盖在破坏的粘膜表面，形成本病的特征性假膜。假膜一般为灰白色，有混合感染时呈黄色或污秽色，伴出血时呈黑色。假膜质地致密，开始薄，继之变厚，边缘较整齐，不易脱落，用力剥脱时可出血。假膜形成处及周围组织呈轻度充血肿胀。假膜可由扁桃体向咽峡、鼻、喉、气管、支气管等处扩展，鼻咽、气管处的假膜易于脱落造成呼吸窒息。假膜范围愈广泛，毒素吸收量愈大，中毒症状亦愈重。如毒素始吸附于细胞表面，可为抗毒素所中和，若已进入细胞内，则不能被抗毒素中和。在某些感染非产毒性菌株也可以出现假膜。