C. botulinum là một loại vi khuẩn kỵ khí gram dương, có khả năng sinh nha bào (vỏ) khi gặp điều kiện sống không thuận lợi. Nha bào của vi khuẩn có thể chịu được nhiệt độ 1200C trong bốn phút. C. botulinum sống trong đất, bùn, bụi bẩn, ruột cá, ruột gia súc và đặc biệt phát triển mạnh trong thức ăn ôi thiu, môi trường kín như thịt hộp để lâu ngày. Độc tố do C. botulinum sinh ra là loại độc tố thần kinh (neurotoxin) có bản chất là chuỗi polypetide với phân tử lượng 150kDa với các type A, B, E gây độc ở người. Độc tố này có thể bị phân huỷ ở nhiệt độ 800C trong 30 phút và 1000C trong mười phút. Độc tính của neurotoxin rất mạnh, chỉ cần 0,03mg là đủ gây tử vong ở người lớn.
C. botulinum gây ra ba thể bệnh chính. Thứ nhất là thể nhiễm qua thức ăn. Tất cả các loại thức ăn đều có thể bị nhiễm nếu bảo quản không kỹ nhưng nguồn lây bệnh chủ yếu là qua các loại đồ hộp có độ axít thấp như: đậu, bắp, củ cải đường. Thịt hộp, cá hộp cũng là một nguồn lây bệnh tiềm tàng. Vi khuẩn C. botulinum phát triển trong các loại thực phẩm nói trên, sinh độc tố và nếu ăn phải loại thức ăn này, các triệu chứng sẽ xuất hiện sau 18 – 36 giờ. Cá biệt có trường hợp bệnh xuất hiện sớm sau ăn vài giờ hoặc muộn hơn, sau vài ngày. Thể bệnh thứ hai do C. botulinum gây ra là thể ở trẻ em, chủ yếu là trẻ dưới một tuổi và nhất là sáu tháng đầu sau đẻ. Nguyên nhân chủ yếu là cho trẻ ăn phải thức ăn như mật ong, sữa, bột... có nhiễm C. botulinum ở dạng nha bào. Sau khi vào đường tiêu hoá, C. botulinum sẽ phát triển và sinh ngoại độc tố.
C. botulinum không xâm nhập được qua vùng da lành, nhưng nếu da bị tổn thương thì rất dễ nhiễm bệnh. Thể nhiễm C. botulinum qua vết thương hay gặp ở người tiêm chích ma tuý, người bị các vết thương nhỏ nhưng không chú ý sát trùng đầy đủ khiến vi khuẩn xâm nhập, nhân lên và sinh độc tố.
Ngoài ra, trên thực nghiệm ở khỉ, độc tố của C. botulinum cũng có thể gây bệnh nếu được hít qua phổi.
