Le infezioni da batteri Gram-negativi in pazienti con MODS sono relativamente comuni, quindi l'endotossina è stata proposta come principale mediatore di questo disturbo. Si pensa che dopo l'evento scatenante vengano prodotte e rilasciate varie citochine, come alcuni mediatori proinfiammatori: TNF-α, interleuchina-1, interleuchina-6, trombossano A2, prostaciclina, fattore attivante le piastrine, ossido nitrico.