伤寒杆菌属沙门氏菌属中的D族，革兰氏阴性。其菌体“O”抗原、鞭毛“H”抗原及表面“Vi”抗原都能使人体产生相应抗体，尤以“O”及“H”抗原性较强，故可用血清凝集试验(肥达反应，Widal? reaction)来测定血清中抗体的增高，可作为临床诊断伤寒的依据之一。菌体裂解时所释放的内毒素是致病的主要因素。
伤寒患者或带菌者是本病的传染源。细菌随粪、尿排出，污染食品、饮用水和牛奶等或以苍蝇为媒介经口入消化道而感染。一般以儿童及青壮年患者多见。全年均可发病，以夏秋两季最多。病后可获得比较稳固的免疫力，很少再感染。
伤寒杆菌在胃内大部分被破坏。是否发病主要决定于到达胃的菌量等多种因素。当感染菌量较大时(105)，细菌得以进入小肠穿过小肠粘膜上皮细胞而侵入肠壁淋巴组织，尤其是回肠末端的集合淋巴小结或孤立淋巴小结。并沿淋巴管到达肠系膜淋巴结。淋巴组织中的伤寒杆菌被巨噬细胞吞噬，并在其中生长繁殖，又可经胸导管进入血液，引起菌血症。血液中的细菌很快就被全身单核巨噬细胞系统的细胞所吞噬，并在其中大量繁殖，致肝、脾、淋巴结肿大。这段时间患者没有临床症状，故称潜伏期，约10天左右。此后，随着细菌的繁殖和内毒素释放再次入血，病人出现败血症和毒血症症状。由于胆囊中大量的伤寒杆菌随胆汁再次入肠，重复侵入已致敏的淋巴组织，使其发生强烈的过敏反应致肠粘膜坏死、脱落及溃疡形成。