Ведущую роль в патогенезе заболевания играет ботулотоксин. Его продуцируют вегетативные формы клостридий, попавшие в организм при употреблении инфицированных пищевых продуктов. Протеолитические ферменты в желудке усиливают действие токсина. Ботулотоксин обладает способностью всасываться через слизистую оболочку желудка и кишечника в кровь и разноситься по всему организму. Токсин вызывает прекращение выделения ацетилхолина в нервных синапсах при сохраненной активности холинэстераз, что влечет за собой развитие характерных для ботулизма параличей. Больные погибают от паралича дыхательной мускулатуры.