NTM可侵襲全身許多臟器和組織，其中以肺部最為常見，肺外病變包括淋巴結，皮膚，軟組織，骨骼等。
1.慢性肺病
患者常有慢性阻塞性肺病、肺結核、矽肺、肺膿腫、支氣管擴張、囊性纖維化、糖尿病、潰瘍病及應用糖皮質激素，免疫抑制劑的病史，男多于女，癥狀有咳嗽、咳痰、咯血、胸痛、呼吸困難、低熱、消瘦、乏力，但缺乏特異性，病情進展慢，X線胸片上病變多見于右上肺，顯示浸潤、空洞、結節、纖維干酪和廣泛纖維收縮等多種病變，空洞發生率高達80%，呈單發或多發，胞內分枝桿菌引起的空洞多位于胸膜下，壁薄，周圍滲出少。
2.淋巴結炎
由NTM引起的淋巴結炎遠比淋巴結核多見，多見于12歲以下兒童，以2～4歲兒童為主，0～5歲患兒占絕大多數，發病率10倍于結核性淋巴結炎，患兒多有玩泥土習慣，病變位于頸部，頜下，腹股溝，肱骨內上踝，腋窩淋巴結腫大，不疼，但可有觸痛，進展緩慢，淋巴結破潰后形成竇道，惡化與好轉反復交替，最后以纖維化和鈣化結局。
3.腦膜炎
常見于艾滋病，背部創傷及神經外科手術后患者，其臨床表現頗似結核性腦膜炎，但病死率較高。
4.皮膚和軟組織感染
多見于游泳池，或海水中游泳者皮膚擦傷，如肘，膝，踝，指（趾）處皮膚，開始時為紅褐色小丘疹，小結節或斑塊，隨后軟化破潰成為淺表性潰瘍，常可遷延數月乃至幾年，但不會形成瘺管，偶爾病變沿淋巴管呈向心性發展，病變多呈自限性，偶然分枝桿菌復合群可經局部皮膚傷口入侵形成局限性膿腫，局灶性蜂窩織炎，多為醫源性感染，潰瘍分枝桿菌常引起小腿和前臂無痛性皮下結節，繼而形成水皰，破潰導致壞死性潰瘍，表面覆蓋黃色壞死物，周圍皮膚隆起，色素沉著，后期機化形成瘢痕可致畸形。
5.骨骼系統病變
常由傷口接觸土壤，水而感染，可引起骨骼，關節，腱鞘，滑囊及骨髓感染，次要分枝桿菌可引起化膿性關節炎。
6.血源性播散性分枝桿菌病
見于嚴重細胞免疫抑制者，如血液系統惡性腫瘤或同時接受腎上腺糖皮質激素治療及艾滋病患者，臨床特點是病程長而有起伏，可累及各系統器官，對抗結核藥物耐藥，預后差，病死率高，肺部病變表現為炎性改變，其中1/4呈粟粒樣改變，也可出現肝脾腫大。
7.其他部位感染
尚有鳥一胞內分枝桿菌復合體（MAC）引起泌尿系統和生殖系統感染；偶發分枝桿菌引起眼部及牙齒感染；林達分枝桿菌引起胃腸道感染。
8.醫院感染
近年來已對NTM引起醫院內感染的重視。主要發生于手術污染，介入治療污染，插管污染，人工透析污染及心臟體外循環污染等情況下引起感染。