C. botulinum là vi khuẩn kỵ khí, Gram dương, hình thái bào tử hình que. Botulin là một trong những độc tố mạnh nhất từng được biết đến: khoảng một microgram có thể gây chết người. Độc tố này ngăn chặn chức năng thần kinh (chẹn thần kinh cơ) bằng cách ức chế sự giải phóng chất dẫn truyền thần kinh kích thích acetyl cholin từ màng trước synapse của các khớp thần kinh cơ trong hệ thần kinh thân thể (soma), do đó gây bại liệt. Ngộ độc cao có thể gây suy hô hấp do độc tố làm tê liệt các cơ bắp của ngực; có thể dẫn đến ngừng thở.

Trong tất cả các trường hợp, ngộ độc là bởi độc tố botulin do các vi khuẩn C. botulinum sản sinh ra trong điều kiện yếm khí, chứ không phải do chính vi khuẩn đó gây bệnh. The pattern of damage occurs because the toxin affects nerves that fire (depolarise) at a higher frequency first.[9]

Bốn nguyên nhân chính gây nhiễm độc đã được biết đến.

Trẻ sơ sinh

Hình thức phổ biến nhất của bệnh ngộ độc thịt ở các nước phương Tây là ở trẻ sơ sinh. Ngộ độc thường xảy ra ở trẻ nhỏ, khi cơ thể đang tạo hệ vi sinh đường ruột trong giai đoạn đầu đời. Các vi khuẩn giải phóng các độc tố vào ruột, và được hấp thụ vào máu. Trẻ sơ sinh dưới 1 năm tuổi sử dụng mật ong đã được xác định là một yếu tố nguy cơ gây ngộ độc thịt cho trẻ sơ sinh; chiếm 1/5 trong tổng các ca bệnh.[3] Người lớn nhiễm độc theo phương thức như trẻ sơ sinh là cực kỳ hiếm.[3]

Thực phẩm

Thực phẩm được bảo quản không đúng cách là nguyên nhân phổ biến nhất của bệnh ngộ độc thịt do thực phẩm. Muối cá không đủ mặn hoặc độ axit của nước muối có chứa axit acetic và nồng độ natri cao, cá hun khói được lưu trữ ở nhiệt độ quá cao cũng giống như việc đóng hộp thực phẩm không đúng cách sẽ gây nguy cơ ngộ độc cao.

Thực phẩm bị nhiễm bào tử C. botulinum, sau đó bào tử sẽ sinh trưởng trong điều kiện oxy thấp, thường xảy ra ở các thực phẩm đóng hộp tại nhà và các món ăn sống được lên men.[10] Do nhiều người thường xuyên tiêu thụ thực phẩm từ cùng một nguồn, nên khi ngộ độc thịt thường xảy ra trên nhiều người cùng lúc chứ ít khi đơn lẻ. Các triệu chứng thường xuất hiện trong khoảng 12-36 giờ sau khi ăn, nhưng cũng có thể xuất hiện trong vòng từ 2 giờ đến 10 ngày.[11]

Vết thương

Ngộ độc thịt từ vết thương bị nhiễm vi khuẩn, sau đó vi khuẩn tiết độc tố vào máu. Trường hợp này phổ biến ở người nghiện ma túy từ những năm 1990, đặc biệt là những người sử dụng nhựa heroin và những người tiêm chích heroin vào da thay vì tĩnh mạch.[3]

Hít

Trường hợp cá biệt của bệnh ngộ độc thịt đã được phát hiện, bệnh xuất hiện ở các nhân viên phòng thí nghiệm, và ở những người sau khi sử dụng mỹ phẩm không phù hợp có chứa Botox mạnh.[3]