Entre los factores que se ha descrito que intervienen en la patogenia de la enfermedad figuran la sustancia capsular (que le brinda protección efectiva al microorganismo), las vellosidades o pili ( que intervienen en la adherencia), la pertactina (una proteína de la membrana externa), la hemaglutinina filamentosa (proteína antigénica que por su carácter de fimbria actúa como adhesina bacteriana), la toxina pertussis (que favorece la adherencia a las células epiteliales y la linfocitosis y tiene actividad de ribosilación del ADP de manera análoga a la toxina del cólera), la toxina citotóxica traqueal (que inhibe la síntesis de ADN de las células ciliadas y causa ciliostasis y finalmente la muerte de las células epiteliales con lesiones locales en la mucosa que provocan el inicio de la tos), la endotoxina (un componente de la pared celular de las bacterias gramnegativas) y otras toxinas (adenilciclasa, toxina dermonecrótica y hemolisina).