各种细菌均可作为败血症的病原菌，由于抗菌药物、免疫抑制药物的广泛使用，致病菌种也有所改变，20世纪50年代前，以溶血性链球菌、肺炎球菌为多见，目前导致败血症的主要致病菌是金黄色葡萄球菌和大肠杆菌，其次是绿脓杆菌、肺炎杆菌、表皮葡萄球菌，厌氧菌及真菌性败血症也在增加。细菌的致病力与其产生的毒素和酶有关，如金黄色葡萄球菌具有血浆凝固酶、α－溶血素、杀白细胞素,常引起严重的败血症或脓毒血症；大肠杆菌等革兰氏阴性杆菌的内毒素能损伤血管及心脏等，从而易引起弥漫性血管内凝血、微循环障碍、感染性休克等；肺炎链球菌等具有荚膜，可拮抗人体吞噬细胞的吞噬作用。

常见的病原菌有以下四类：

1 革兰氏阳性球菌 以金黄色葡萄球菌最为常见，在医院内感染者表皮葡萄球菌也不少见，其他还有肺炎球菌及溶血性链球菌，后者常引起新生儿败血症。另外D组链球菌（肠球菌）以易并发心内膜炎而引起关注。
2 革兰氏阴性杆菌 以大肠杆菌最为常见，其次为肺炎杆菌、肠杆菌（产气杆菌、凝团杆菌等）、绿脓杆菌、变形杆菌、枸橼酸杆菌及沙雷菌等。
3 厌氧菌 主要为脆弱杆菌、消化球菌与消化链球菌、产气荚膜杆菌等。目前报道厌氧菌败血症占败血症总数的10%左右，但由于厌氧菌培养技术较为复杂，故实际发生率可能更高。
4 真菌 主要为白色念珠菌，其次为曲菌与毛霉菌。
多数菌败血症是指两种或两种以上细菌同时或先后感染，多见于严重烧伤或免疫功能严重低下者。