炭疽杆菌的毒力取决于其产生外毒素和其形成的抗吞食作用的多聚二谷氨酸荚膜。已克隆出3种炭疽杆菌的外毒素，即蛋白抗原、水肿因子、坏死因子。蛋白抗原与水肿因子联合作用可降低中性粒细胞的功能，使人体对炭疽杆菌更加敏感，可造成局部手然和发生水肿。蛋白抗原和坏死因子联合，可迅速引起细胞坏死。但分别单独给予动物则不引起反应。
炭疽杆菌不能侵入完整的皮肤。但当炭疽杆菌侵入伤口及破损皮肤后，芽孢即复苏繁殖，产生毒素和形成抗吞噬的荚膜。外毒素直接引起局部组织水肿、出血、坏死，并可同时引起全身毒血症状。抗吞噬的荚膜亦使细菌更易于扩散，引起临近淋巴结炎，甚至侵入血流发生败血症。侵入肺部及肠道的炭疽杆菌，引起严重的肺炎和急性肠炎。除同时侵犯相应的局部淋巴结外，两者均易于侵入血循环引起炭疽败血症。细菌可进而扩散全身，引起各组织器官的炎症。其中最重要的为脑膜炎、血源肺炎、出血型心报言及胸膜炎，严重者可并发感染性休克。