破伤风芽胞梭菌通过产生外毒素破伤风痉挛毒素作用于中枢神经系统，导致肌肉强直性痉挛。其致病机理主要涉及细菌入侵、毒素释放、神经传导阻断及全身症状发展四个阶段。
破伤风芽胞梭菌为厌氧菌，通常通过皮肤或黏膜伤口侵入人体。在缺氧环境下，芽胞转化为繁殖体并大量增殖，分泌破伤风痉挛毒素。该毒素经血液或淋巴系统扩散，与脊髓和脑干中的神经节苷脂结合，不可逆地阻断抑制性神经递质释放。运动神经元持续兴奋引发特征性肌肉强直，初期表现为咬肌痉挛牙关紧闭，逐渐发展为角弓反张、呼吸肌麻痹。毒素还可直接作用于交感神经系统，导致血压波动和心律失常。
破伤风痉挛毒素由重链和轻链组成，重链介导神经元内化，轻链作为锌依赖性蛋白酶切割突触小泡蛋白。这种特异性作用使毒素无法被常规抗体中和，需在症状出现前注射破伤风免疫球蛋白。细菌本身不引发显著炎症反应，病理损害完全由毒素介导。未接受主动免疫的个体，毒素致死剂量仅为每公斤体重1纳克。
预防破伤风需规范处理伤口并完成疫苗接种程序。对于深部创伤或污染伤口，应立即彻底清创并评估被动免疫需求。保持全程疫苗接种可提供10年以上保护，高危职业人群需定期加强免疫。出现肌肉僵硬或吞咽困难等早期症状时须紧急就医，治疗包括伤口处理、中和游离毒素、控制痉挛及呼吸支持。日常生活中应避免用不洁物品处理伤口，儿童玩耍时注意防范铁锈金属划伤。