Staphylococcus aureus produit une entérotoxine sécrétée dans le milieu extérieur. C'est donc une exotoxine, qui a la propriété d'être résistante à la chaleur, donc à la cuisson éventuelle. D'autres bactéries agents de diarrhées, telles que les souches de Escherichia coli entérotoxinogènes (notamment agent de la turista) produisent également une entérotoxine thermostable. Les symptômes sont provoquées par l'ingestion de la toxine préformée dans l'aliment. C'est donc une intoxination, il n'y a pas de fièvre. Ainsi, l'action toxique se manifestera rapidement, les symptômes correspondants pouvant alors apparaître dans un délai très court, de 1 à 2 h.

Ce sont les exotoxines de type entérotoxine, produites par certaines bactéries agents de diarrhées, qui provoquent une augmentation du taux d'AMPc intracellulaire, dans les cellules de l'hôte, entraînant une fuite d'eau et d'électrolytes à l'origine de la diarrhée. Par contre, d'autres bactéries telles que Salmonella agissent principalement par leur endotoxine, c'est-à-dire le lipopolysaccharide (L.P.S.) de leur membrane externe, dont la fraction toxique est représentée par la fraction lipidique (lipide A). L'endotoxine intervient dans le déclenchement d'une réaction inflammatoire. Le lipide A est plus spécifiquement impliqué dans l'apparition de la fièvre.

En dehors des bactéries, certains virus sont agents de diarrhées comme les rotavirus, adenovirus ou norovirus.

Les bactéries adhèrent à la muqueuse instestinale par l'intermédiaire des pili avant de l'envahir et de libérer leur endotoxine. En cas de production d'exotoxines, les pili ne sont pas indispensables. Par ailleurs, d'autres facteurs de virulence, tels que des protéines de surface, peuvent également être impliqués dans l'adhérence à la muqueuse intestinale.

Certaines bactéries combinent à la fois un mécanisme d'invasion cellulaire et la production d'exotoxines, comme les entérobactéries du genre Shigella qui possèdent des facteurs de virulence particuliers, leur permettant de créer des pores dans les membranes des cellules de l'hôte, pour les détruire, mais aussi d'interagir avec l'actine du cytosquelette de ces cellules, favorisant la formation de pseudopodes permettant leur pénétration.