Pour produire une infection, un micro-organisme suceptible de provoquer une maladie doit arriver à s'implanter dans l'organisme et à s'y multiplier en produisant des troubles, malgré tout l'arsenal défensif de l'hôte.

Presque tous les germes infectieux sont sensibles à l'acidité gastrique, et le passage des aliments dans l'estomac est généralement très efficace. Cependant, lorsque les micro-organismes sont très abondants et qu'ils sont absorbés avec une grande quantité d'aliments peu acides, le pH de l'estomac augmente provisoirement, ce qui implique qu'un nombre suffisamment important de cellules microbiennes peuvent survivre et produire ensuite une infection intestinale.

Le site d'action de l'infection est habituellement la région de l'intestin grêle, car le nombre de bactéries y est beaucoup moins important que dans le côlon. Le germe infectieux doit ensuite accéder à la muqueuse en traversant activement ou passivement le revêtement de mucus.

Micro-organismes infectieux non invasifs

Les micro-organismes infectieux non invasifs survivent et prolifèrent à la surface de répithéhum intestinal sans le pénétrer.
C'est le cas, notamment, avec le choléra, une infection générée par Vibrio choleras.
Une diarrhée abondante et très liquide est généralement le principal symptôme des infections alimentaires non invasives. Les pertes en eau par cette diarrhée sont parfois si considérables qu'elles peuvent entraîner la mort par déshydratation si elles ne sont pas compensées par un apport aqueux oral ou intraveineux.

Micro-organismes infectieux invasifs

Les infections alimentaires invasives sont produites par des micro-organismes qui pénètrent dans la muqueuse intestinale et, généralement, s'y multiplient en créant des foyers infectieux..
En général, les micro-organismes invasifs provoquent d'importants dommages à la muqueuse intestinale, ce qui compromet l'absorption normale de l'eau et des nutriments. Il en résulte des douleurs abdominales et une diarrhée. De la fièvre accompagne fréquemment ce type d'infection. Si des lésions ulcéreuses se forment, des saignements entraînent au niveau intestinal la présence de sang dans les selles.
La guérison intervient généralement après quelques jours lorsque les mécanismes de l'immunité humorale et cellulaire se sont mis en place et permettent de neutraliser puis de détruire l'envahisseur. Du fait des dommages tissulaires, il faut toutefois un certain délai avant que la muqueuse intestinale ne se cicatrise complètement. Dans certains cas (salmonelloses, par exemple), des germes sont émis dans les selles de la personne plusieurs semaines après son rétablissement.
On parle alors de porteur sain temporaire.

Certaines espèces microbiennes peuvent se disséminer ensuite dans l'ensemble de l'organisme par voie circulatoire. Le degré de pénétration dans la muqueuse varie avec le type de micro-organisme et la réponse défensive de l'hôte.