Клинические проявления столбняка обусловлены действием столбнячного токсина, который выделяется при размножении бактерий Clostridium tetani (Bacillus tetani), относящихся к спорообразующим бактериям. Во внешней среде существует в виде спор, чрезвычайно устойчивых к физико-химическим факторам, антисептическим и дезинфицирующим средствам. Обычное кипячение не убивает спор; солнечный свет и воздух инактивирует споры примерно через 18 дней. Эти бактерии обнаруживаются в верхних слоях почвы и в фекалиях человека и животных. Чаще всего ими бывают заражены культивируемые и удобряемые навозом почвы, особенно в странах с теплым и тропическим климатом. Столбнячный токсин относится к наиболее сильным водорастворимым ядам, уступая в этом отношении только ботулиническому токсину (ботулотоксину). Механизм действия до конца не изучен; считается, что токсин попадает в центральную нервную систему с током кроки или по нервам и блокирует передачу тормозных импульсов на двигательные нейроны в спинном мозге. Заражение столбняком происходит при загрязнении ран, ссадин или ожоговых поверхностей почвой, содержащей споры бактерий столбняка. Инфекция с высокой смертностью – столбняк новорожденных – развивается в результате заражения ребенка через пуповину. Одна из тяжелейших форм болезни, при которой поражаются верхние отделы спинного мозга и продолговатый мозг (дыхательный центр, ядра блуждающего нерва) – т.н. «бульбарный столбняк», или «головной столбняк Бруннера», – развивается при травмах черепа.