脓毒症时的机体改变，较局部感染只是炎症反应的激活更为普遍，而且缺乏局部反应中明确的定向病灶，病菌及其产物逃脱局部防御进入循环系统，导致血管内补体及凝血因子的激活，肥大细胞被全身激活所释放的组胺与5-羟色胺(5-HT)导致血管扩张及通透性增高，局部炎症严重时，可以释放出大量TNF等促炎信号，使得循环中的巨噬细胞，中性粒细胞被激活，而且远隔部位的巨噬细胞，如肺泡巨噬细胞，肝内Kupffre细胞亦被激活，引起播散性炎症细胞活化，全身水平上的炎症启动，导致全身血管扩张，血流增加(高血流动力学状态)以及全身水肿，炎症反应生成的趋化因子促使白细胞，内皮细胞相互反应及移行，全身促炎细胞因子连锁反应，刺激中性粒细胞释放溶酶体酶，白介素-1，白介素-6，白介素-8，并通过呼吸爆发生成氧自由基，以杀死吞噬的细菌及分解坏死组织，具有防御细菌的作用，但也可引起血管内皮及血管周围部位的损伤，微循环的炎症性损伤引起血小板聚集及血管收缩，最终导致微循环阻断及组织破坏，坏死组织的形成又可引发局灶性炎症反应，并扩展到全身，如此形成恶性循环，全身炎症反应介导的组织特异性破坏是多器官功能障碍发生发展的直接机制。