本病主要通过飞沫经呼吸道直接传播。百日咳杆菌侵入易感儿呼吸道后，将其分泌的菌毛血凝素和百日咳毒素等生物活性因子使细菌粘附在呼吸道上皮细胞的纤毛上，不断增殖和产生毒素，造成纤毛细胞坏死，粘膜广泛炎症和破坏，支气管粘膜纤毛被破坏后不能很好地排出炎症分泌物，以致粘膜感觉神经未梢受到持续刺激，易于反射性引起连续剧烈咳嗽。阵咳时患儿声门痉挛，处于呼气状态，咳嗽暂停时，大量空气被吸入通过痉挛的声门，即发出较长的鸡鸣样吼声，直到粘稠分泌物排出后，痉挛阵咳始暂停，随着分泌物的积聚，阵咳再现。由于长期剧烈咳嗽在神经中枢形成了兴奋灶，故病愈后数月内受到一些非特异性刺激，即可诱发百日咳样咳嗽。