虽然白喉杆菌侵害是局部的，但外毒素进入血液和淋巴到达各脏器，与各组织细胞结合后可引起全身性病变化，其中以心肌、末梢神经、肾上腺等较着。
虽然白喉杆菌侵害是局部的，但外毒素进入血液和淋巴到达各脏器，与各组织细胞结合后可引起全身性病变化，其中以心肌、末梢神经、肾上腺等较着。心肌细胞混浊肿胀，有脂肪变性、玻璃样及颗粒样变性，间质水肿、重者肌纤维可断裂、心肌坏死及单核细胞浸润，传导束可受累。神经病变多见于末梢神经，髓鞘常呈脂肪变性，神经轴索肿胀、断裂、但少有坏死，故神经系统病变多为可逆者。感觉神经和运动神经均可受累，但以运动神经为主，距咽部较近的IX、X对脑神经较易受损，也可发生于四肢。肾脏可呈混浊肿胀及肾小管上皮细胞脱落。肝细胞可呈脂肪变性，肝小叶呈中央坏死。