多数感染性疾病是由侵入机体并进行繁殖的微生物所引起。而多数微生物的入侵又是当它们粘附于人体细胞开始的。粘附是一个非常特别的过程，包括了人体细胞和微生物间的密切连接（见第167节）。是否微生物留在侵入原位附近或扩散至远处取决于它们是否产生毒素、酶或其他物质等因素。
某些侵入机体的微生物产生对其附近或远距离的机体细胞有毒的毒素，多数毒素成分特异性连接到特定细胞（靶细胞）上的某些分子上，并由此引起疾病。由这种毒素起主导作用所致的疾病包括破伤风、中毒性休克综合征和霍乱。少数感染性疾病是由微生物在体外产生的毒素所引起，由葡萄球菌引起的食物中毒就是一个很好的例子。
微生物入侵以后必须要繁殖才引起感染。然后可能出现下述三种情况之一。首先，微生物能继续繁殖并能克服机体的防御系统，这个过程能引起足够的损害甚至导致死亡；其次，能达到一种平衡状态，引起一种慢性感染，在这种争斗中，无论微生物或者病人均未获胜。最后，机体不管有或无药物治疗，能消除入侵的微生物。这时机体可重建健康并常能提供对相同微生物引起的另一次感染的持久免疫状态。
很多致病微生物具有增加疾病的严重性（毒力）和耐受机体防御机制的特点。例如某些细菌产生破坏组织的酶，使感染扩散得更快。
某些微生物具有阻断人体防御机制的方法，如某些微生物能干扰机体抗体的产生或能特异性地攻击它们的一种白细胞——T细胞的发展。另一些微生物具有外壳（包囊）能耐受白细胞的消化。隐球菌在侵入肺部后可形成一种较厚的囊膜，其发生的理由为这种较厚的囊膜形成是在二氧化碳环境下，而肺内较之真菌正常生长的土壤中有更多CO2，这样，当肺部受隐球菌感染时，机体防御机制就没法起到作用。某些细菌能耐受血流循环中某些物质的分解（溶解），某些微生物甚至能产生对抗抗生素作用的化学物质。