Vi khuẩn C. diphtheriae chỉ sản sinh độc tố bạch hầu khi bị nhiễm một thể thực khuẩn tích hợp những yếu tố truyền mã hóa độc tố.[20][21]

Độc tố bạch hầu là một protein đơn, khối lượng phân tử 60-kDa, gồm hai chuỗi peptide, đoạn A và đoạn B được nối với nhau bởi liên kết disulfua. Đoạn B là một tiểu đơn vị nhận biết để đưa độc tố vào tế bào chủ bằng cách liên kết với domain giống-EGF của yếu tố tăng trưởng giống EGF gắn với heparin (HB-EGF) trên bề mặt tế bào. Nó phát tín hiệu cho tế bào đưa độc tố vào trong một endosome nhờ sự nhập bào thông qua thụ thể trung gian. Trong endosome, độc tố được một protease giống-trypsin cắt thành 2 đoạn A và B riêng lẻ. Tính axít của endosome làm cho đoạn B tạo thành những lỗ trên màng của endosome, do đó xúc tác cho sự giải phóng đoạn A vào tế bào chất của tế bào.

Đoạn A ức chế sự tổng hợp protein mới trong tế bào bị nhiễm bằng cách xúc tác vào ADP-ribosylation của yếu tố kéo dài EF-2—một protein rất cần thiết trong bước phiên dịch của quá trình tổng hợp protein.

ADP-ribosylation của EF-2 được đảo ngược bằng nicotinamide liều cao (một dạng vitamin B3), do đây là một trong những thành phẩm của phản ứng, và một lượng lớn có thể đảo chiều phản ứng.[22]