痢疾杆菌的致病物质有菌毛和内毒素，致病因素主要是菌毛的侵袭力和内毒素的毒性作用，有些菌株尚能产生外毒素。
(1)侵袭力：菌毛是侵袭力的基础，是痢疾杆菌致病的主要因素之一。此外，菌体表面的K抗原也与侵入人体上皮细胞的能力有关。痢疾杆菌随食物进入胃部后，若胃酸分泌正常，可被胃酸杀死，即使细菌进入肠道，也可被肠道内的分泌性抗体(IgA)和肠道正常菌群所排斥。某些足以降低人体全身和胃肠道局部防御功能的因素，如慢性病、过度疲劳、受冻、饮食不当及消化道疾患等，则有利于痢疾杆菌借助菌毛粘附于回肠末端和结肠粘膜上皮细胞上，然后进入细胞内生长繁殖，最后引起细胞破裂，导致肠粘膜损伤及溃疡，引起粘膜炎症而致腹泻。一般情况下，痢疾杆菌只在粘膜固有层内繁殖，并形成感染病灶，很少侵入粘膜下层。细菌侵入血流者较罕见。有毒力的痢疾杆菌对上皮细胞的侵入作用是致病的先决条件，是导致感染的重要原因。
(2)内毒素：细菌内毒素作用于肠壁，使其通透性增高，促进内毒素吸收。内毒素作用于中枢神经系统及心血管系统，引起发热、神志障碍，严重者可出现中毒性休克等一系列症状。内毒素能破坏肠粘膜，形成炎症，出现溃疡、坏死、出血，在排出典型的脓血粘液便的同时，病原菌也随粪便排出。内毒素还可刺激肠壁植物神经，使肠功能紊乱、肠蠕动共济失调和痉挛，尤以直肠括约肌受毒素刺激最明显，临床表现为腹痛和里急后重症状。
(3)外毒素：志贺氏菌属A群1型和2型，可产生外毒素，称志贺毒素。近年还证实B群2a型也可产生志贺样毒素，具有神经毒性、细胞毒性和肠毒素的性质，可能与腹泻有关，作用于中枢神经系统可引起昏迷。
