白喉桿菌傳染后所發生的病理變化，可分局部與全身兩種。
1、局部病變
白喉桿菌侵入人體組織后產生一種外酶素，損害粘膜上皮細胞，發生壞死，纖維素及白細胞滲出，纖維素凝固后，形成一層假膜，白喉桿菌在假膜下繁殖滋長，產生更多外霉素，所致病損擴大，假膜向四周蔓延，喉部假膜附著較松，有時可咳出。
2、全身病變
白喉外毒素進入血液出現全身重度現象，可引起重度性心肌炎，腎炎、周圍神經炎或腦神經損害。
