Mycobacterium tuberculosis est totalement atoxinogène, les symptômes cliniques sont essentiellement dus à la réponse immunitaire de l’hôte.
La primo-infection peut évoluer de trois façons :
Les tuberculoses de réinfection, surtout chez l'adulte, peuvent être endogènes (reprise d'activité des bacilles enfermés dans un tubercule plus ou moins fibrosé) ou résulter d'une réinfection exogène.
La dissémination dans l'organisme peut se faire par plusieurs mécanismes :
Les bacilles tuberculeux sont présents, tant à l'intérieur qu'à l'extérieur des cellules, dans toutes les lésions tuberculeuses, et, s'il y a une voie d'élimination, peuvent persister assez longtemps dans les milieux extérieurs (crachats desséchés).
Quoique les bacilles tuberculeux puissent persister des années à l'état latent chez des patients guéris, on ne peut parler de "porteurs de germes" au sens épidémiologique : ces bacilles latents sont enfermés dans des foyers profonds entourés d'une coque fibreuse ou calcifiée, et ne sont pas excrétés : seuls sont contagieux les "tuberculeux actifs", évolutifs, excrétant leurs bacilles dans leurs expectorations.
Le génome de Mycobacterium tuberculosis a été entièrement séquencé en 1998. Elle possède un chromosome circulaire de 4 411 529 paires de bases (GC%=65.6) pour 3 924 gènes.
Un gène particulier semble essentiel au pouvoir pathogène chez l'Homme, gène absent chez le BCG et Mycobacterium microti. Il s'agit d'un gène codant une protéine ESAT-6, sécrétée par la bactérie et déclenchant une forte production d'INF-Gamma (une cytokine).