經常暴露于諾卡菌菌絲的人通常并不發病。中性粒細胞能抑制諾卡菌，雖然不如對通常細菌那樣有效，其機制可能與溶菌酶和其他陽離子蛋白的作用有關。激活的 巨噬細胞和T淋巴細胞對控制和殺滅本菌具有重要作用。諾卡菌對吞噬細胞呼吸爆發產物有抵抗力，但慢性肉芽腫病患者對諾卡菌異常敏感，提示吞噬細胞呼 吸爆發對諾卡菌病的發病仍然是很重要的。因此宿主免疫防御機制削弱是本病發病的重要因素。主要病理改變為化膿性肉芽腫伴大量中性粒細胞、漿細胞、組織細胞 浸潤，組織壞死并形成膿腫，且趨于融合。在膿腫內可發現菌絲，后者聚集形成疏松顆粒，菌鞘不明顯。肺組織可呈急性、亞急性或慢性化膿性病變，表現為融合性支氣管肺炎、肺實變、壞死性肺炎伴空洞形成，并常累及胸膜產生胸腔積液、膿胸，偶可侵犯胸壁形成瘺管。肺內病變亦可直接侵犯心包和縱隔，甚至壓迫上腔靜脈。少數病例經血道播散，最常侵犯腦組織，形成腦膿腫；其次是腎臟。心、肝、脾、淋巴結偶可受累。