破伤风杆菌本身并不致病，致病的主要物质是外毒素，外毒素最主要的是痉挛毒素，痉挛毒素会与运动神经元细胞结合，导致抑制性的神经递质无法释放，所以肌肉会长期处于兴奋状态。
兴奋状态会导致肌肉长期收缩，引起肌肉痉挛，俗称抽筋。如果面部肌肉痉挛，患者会出现苦笑面容，牙关紧闭、张不开嘴，因为肌肉一直处于痉挛、收缩的状态。
如果背部肌肉痉挛，会出现角弓反张，因为背部肌肉的力量大于腹部肌肉的力量，会导致整个人弓起。如果导致呼吸肌痉挛，包括胸部肌肉和膈肌麻痹，会出现呼吸功能障碍，可能会危及生命，所以在治疗的时候支持治疗和抗毒素治疗应该同步进行。
