Il rotavirus, entrato nello stomaco, viene attivato dalla tripsina che effettua la proteolisi di VP4 in VP5 e VP8 preparando il virione all'attracco sugli enterociti. Giunto nell'intestino il virione viene intrappolato dal muco e penetra sino alla membrana plasmatica dell'enterocita dove viene internalizzato tramite endocitosi. Liberatosi dall'endosoma il virus inibisce la sintesi proteica cellulare, si replica e sintetizza le proprie proteine all'interno dei virosomi che possono essere rilevati già 8 ore dopo l'infezione. I virioni vengono poi espulsi dall'enterociti tramite lisi cellulare. Questo processo porta all'appiattimento e all'accorciamento dei microvilli e a una risposta infiammatoria costituita da un infiltrato di cellule mononucleate nella lamina propria. Il virus provoca diarrea grazie all'enterotossina NSP4, in grado di determinare il rilascio di Ca2+ dal reticolo endoplasmatico tramite SERCA. Questa proteina può anche essere secreta ed agire come viroporina legandosi alle integrine per attivare il rilascio di Ca2+ da parte di altri enterociti. L'aumentata concentrazione di Ca2+ attiva la fosfolipasi C che agendo su PIP2 forma in IP3 che si lega all'IP3R sulla membrana plasmatica del reticolo endoplasmatico liscio promuovendo il rilascio di ulteriore Ca2+ che agisce sui neuroni del sistema nervoso enterico determinando il rilascio di neutrotrasmettitori che a loro volta determinano la secrezione di Cl-da canali e trasportatori Ca2+-dipendenti e interferiscono con il riassorbimento d'acqua mediato dall trasportatore SGLT1. Il risultato netto è un'intensa diarrea osmotica. Infine, gli elevati livelli di Ca2+ citoplasmatico conducono alla morte degli enterociti per autofagia.