胃肠粘膜充血、水肿、渗出,表面有片状黄色渗出物或粘液覆盖,病变可呈局限性或弥漫性。粘膜皱壁上有糜烂、出血点。如表层上皮细胞坏死脱落,固有膜血管受到损害则引起出血和血浆外渗,往往有中性白细胞、淋巴细胞、浆细胞和少量嗜酸性细胞浸润,严重者粘膜下层亦有充血、水肿。

沙门菌性胃肠炎时小肠是主要的病变部位,但也累及到结肠,引起痢疾样症状。沙门菌具有侵袭性,引起粘膜炎症反应,伴粘膜下层中性粒细胞浸润,有时可深至固有层。炎症细胞产生和释放前列腺素,使腺苷酸环化酶活性增高。沙门菌分泌肠毒素,直接刺激腺苷酸环化酶系统,使肠液分泌能力大大增加,超过肠道重吸收能力,引起腹泻。