La tossina difterica, una volta in circolo, si lega all'HB-EGF (fattore di crescita EGF-simile legante l'eparina), che è espresso in particolare sulle cellule cardiache e su quelle nervose, grazie alla sua regione legante il recettore, dopodiché tramite la regione di traslocazione della subunità B si inserisce nella membrana plasmatica aiutando la subunità A ad entrare nel citoplasma della cellula. La regione catalitica della subunità A si lega al fattore di elongazione 2 (EF-2), fondamentale per il movimento del polipeptide in corso di sintesi sui ribosomi, in questo modo blocca la sintesi proteica. Si pensa che, siccome la quantità di EF-2 nella cellula è bassa e il suo turnover è molto lento, basti una sola molecola di tossina difterica per bloccare la sintesi proteica di una cellula.