Il "Corynebacterium diphtheriae" possiede una modesta invasività locale; si localizza nelle strutture delle alte vie respiratorie, potendo infettare la mucosa di faringe (angina maligna, sede più frequente), della laringe o delle cavità nasali. Più raramente, può infettare la mucosa oculare o la cute, compresa quella genitale. I ceppi lisogenizzati, produttori di tossina, sono invece responsabili di un'intensa tossicità locale, con formazione di "pseudo-membrane", indice di necrosi tissutale locale, tenacemente adese alle mucose infette e di tossicità sistemica con miocardite, neurite e sofferenza di vari organi (reni, fegato, surreni). La tossina prodotta è infatti in grado di legare specifici recettori presenti nella membrana cellulare provocandone l'internalizzazione nel citoplasma con rilascio della subunità tossinica A, in grado di catalizzare la sintesi tra il fattore di allungamento 2 (EF-2 che interviene nella traslocazione del tRNA) e il ribosio adenosindifosfato (ADPR). Il prodotto di tale sintesi, ADPR-EF2, è inattivo e non più utile alla sintesi proteica; ne deriva l'arresto delle funzioni cellulari, con tossicità e necrosi.