Esistono sette tipi di tossina botulinica sierologicamente distinti, descritti dalle lettere dell'alfabeto dalla A alla G; sono stati scoperti tre sottotipi della tossina A. La tossina botulinica è un polipeptide a catena doppia con una catena di 100 kDa legata tramite ponti disolfuro a un'altra catena di 50 kDa. La catena leggera è un enzima proteasi che attacca una delle proteine (la SNAP25, la sintaxina o la sinaptobrevina) della giunzione neuromuscolare impedendo il rilascio di acetilcolina dalle vescicole. Inibendo il rilascio di questo neurotrasmettitore, la tossina interferisce con l'impulso nervoso e causa la paralisi flaccida dei muscoli che è caratteristica del botulismo, in contrapposizione alla paralisi spastica osservata nel tetano. Altri sintomi causati dalla tossina botulinica sono debolezza muscolare, diplopia, scoordinazione dei muscoli della faringe e dei muscoli volontari, difficoltà del movimento e nei casi mortali paralisi dei muscoli respiratori.