炭疽孢子先被侷限并且受到免疫系统专门用来对付侵入者的吞噬作用吞食，在吞噬细胞内，孢子转变为桿菌，开始大量复制并且最后胀破被寄生的细胞，释放大量细菌进入血液循环，并释放具有三部分的毒素，包括保护细菌的荚膜成分、炭疽毒素、水肿因子及致死因子，攻击许多特定的细胞和组织。研究者认为致死因子可能造成巨噬细胞制造过多的肿瘤坏死因子α和第一介白质β，这两种免疫系统经常用来引发发炎反应的介质，最终导致败血性休克、甚或死亡；然而近年研究证据指出，炭疽桿菌也会针对血管最内层的内皮细胞，造成类似出血的血管细缝，将可进一步成