正常的胃酸对霍乱弧菌有杀灭作用，当胃酸低下或入侵弧菌数量大时，未被胃酸杀死的弧菌进入小肠，靠活泼的鞭毛运动，穿过小肠黏膜表面的黏液层并粘附于上皮细胞刷状缘的微绒毛上，并在这里大量繁殖和死亡。在繁殖和死亡的过程中产生强烈的外毒素——霍乱肠毒素。

霍乱肠毒素与宿主肠黏膜上皮细胞受体结合，使细胞分泌功能增强，大量分泌水及电解质，导致水及电解质大量丧失，可引起血液浓缩，低血容量性休克，水及电解质紊乱，代谢性酸中毒。由于胆汁分泌减少及肠液分泌量大，严重者出现米泔水样排泄物。