（1）內毒素作用于血管內皮細胞、血小板和中性粒細胞，而使大量血小板和中性粒細胞聚集和粘附在微循環內（特別是肝和肺內），血流受阻（血小板和中性粒細胞的聚集和粘附，早期是可逆的，可被血流沖散）。同時，內毒素還可激活補體，使組織胺和5-羥色胺釋放，激活激肽系統，產生緩激肽，而使血管擴張，毛細血管開放數目增多（組織胺還使肝、肺微靜脈和小靜脈收縮），結果大量血液淤積在微循環內，回心血量和心輸出量減少，血壓降低。
（2）由于心輸出量減少，可使交感神經興奮和兒茶酚胺增多，內毒素還有擬交感作用，可引起小動脈收縮和動靜脈吻合支開放，毛細血管內動脈血灌流減少。
（3）內毒素損害血管內皮細胞、激活凝血因子Ⅻ、促使血小板聚集和釋放，再加上微循環淤血,通透性升高，血液濃縮，容易產生播散性血管內凝血（詳見《播散性血管內凝血》）。播散性血管內凝血在內毒素性休克中較為常見，有的是先發生播散性血管內凝血，而導致休克的發生和發展。
（4）內毒素性休克，除由于微循環動脈血灌流不足，使細胞代謝發生障礙外，內毒素還可直接損害細胞（線粒體腫脹），抑制氧化過程，而引起細胞代謝和功能變化。例如給動物注射內毒素后，在未出現嚴重的微循環障礙之前，就可發現血漿內溶酶活性升高，心肌抑制因子的產生，心肌收縮性減弱。因此內毒素對細胞的損害在休克發生過程中，也有一定的意義。