Khi xâm nhập vào cơ thể, vi khuẩn uốn ván phát triển tại vết thương trong môi trường yếm khí và tiết ra độc tố thần kinh tetanospasmin. Độc tố này theo máu và hệ thần kinh lên tủy sống, thân não, gây co thắt cơ, tăng trương lực cơ và đau. Bệnh thường khởi đầu với co cứng cơ nhai, mặt, gáy rồi lan ra toàn thân.
Ở thể nặng, cơ hô hấp bị co thắt khiến bệnh nhân khó thở, suy hô hấp; lực co mạnh có thể gây rách cơ, gãy xương. Người bệnh vẫn tỉnh táo, cảm nhận rõ đau đớn và lo sợ vì độc tố chỉ ảnh hưởng thần kinh vận động. Do đó, bác sĩ phải dùng thuốc giãn cơ, an thần liều cao và hỗ trợ thở máy qua mở khí quản, lúc này bệnh nhân không còn tỉnh táo và không cảm nhận đau.
