已知的發病機理與病原有關，細菌和病毒性腸炎明顯不同。
1.細菌性
(1)致病性大腸桿菌腸炎：發病之初EPEC特異性地粘附於小腸粘膜表皮細胞上，粘附作用是由於一種經質粒傳遞的特殊菌毛的作用。這種菌毛是絲狀膜蛋白，具有特的密碼質粒，對有種屬特異性的細胞有粘附性。可借其動力穿通腸上皮細胞表面的粘膠層（gel layer covering opithelial cells），使形成菌落，結果導致小腸上皮微絨毛的損傷。
(2)腸毒性大遙桿菌腸炎：ETEC與EPEC是不同的血清型，其致病作用有兩個步驟：①先在小腸粘膜細胞上粘附，并在其表面定居、繁殖，這階段主由細菌的特殊菌毛完成；②第2步產生腸毒素：一各為不耐熱毒素（LT），其結構、致病機制和免疫學性質與霍亂霉素相似。已知有A、B兩種亞單位，其中B能連接小腸上皮細胞GM、神經節苷脂。亞單位B便于亞單位A進入細胞發揮其生物學作用：活化細胞上的腺苷酸環化酶，使ATP轉化為cAMP，使細胞內cAMP明顯增高，導致腸道水分和氯化物分泌過多，并抑制鈉的再吸收，腸液分泌過多，腸蠕動增劇，而瀉出大量水樣便。另一種為耐熱毒素，其活性部分分為STa和STb，后者為腸毒素主要成分，它刺激鳥苷環化酶，使GTB轉化為cGMP，細胞內cGMP增高，氯化物吸收減少，引致腸液分泌增多。許多產生ST的菌株也產生LT，常引起較重腹瀉。攜帶腸毒素的質粒也攜帶定居因子基因，已知有定居因子的大腸桿菌血清型有：O78：H11，O6：H16，O159：Hv，O139：H25等。
(3)侵襲性大腸桿菌腸炎：EIEC是志賀菌樣大腸桿菌。主要特點是能侵入大、小腸粘膜，穿入上皮細胞內，使細胞蛋白溶解并在其中生長繁殖，使粘膜刷狀緣受損，局部發生潰瘍甚至出血，所以臨床大便表現似痢疾。其侵入性受控于在質粒，消除此質粒細菌即喪失其侵襲力，質粒可轉移給無毒力菌株。
(4)空腸彎曲菌腸炎：已發現空腸彎曲菌有LT，使腸cAMP增高。另有細菌毒素，具體發病機理尚待進一步研究。
2.病毒性 病毒性腸炎發病機理與細菌性者不同，無cAMPT及cGMP增多現象。以輪狀病毒腸炎為例；輪狀病毒感染后，先侵犯小腸粘膜上皮細胞，由感染處向周圍廣泛擴展，直到侵及全部小腸。實驗免模型表明：感染早期小腸集合淋巴結區嚴重受累，提示此處為侵入門戶，以后小腸絨毛上皮廣泛受損，而陷窩上皮無病變，除小腸外，胃及大腸都不受染。小腸表面上皮受損后，陷窩上皮迅速增生，病毒脫落，而陷窩上皮增生迅速，自陷窩向外發展，覆蓋小腸腔表面，這些新增生的上皮細胞不能很快分化，因而無消化吸收功能，從而大量腸液積於腸腔，而排出水樣大便。Norwalk病毒在小腸也有類似上述的發病過程。