Холерные вибрионы проникают в организм человека через рот с водой и пищей. Они должны преодолеть желудочный (кислотный) барьер. Это чаще происходит натощак и у лиц, страдающих ахилией и хроническими заболеваниями желудка с пониженной кислотно-образующей функцией. Поэтому чаще и, как правило, первыми во время эпидемии заражаются холерой и тяжелее болеют лица, страдающие алкоголизмом и перенесшие резекцию желудка. Преодолев желудочный барьер (если рН больше 5,5) холерные вибрионы прикрепляются к поверхности энтероцитов, интенсивно размножаются в тонкой кишке. Они образуют экзотоксин, но при этом не вызывают воспалительной реакции в кишечнике.
Экзотоксин (холероген, энтеротоксин) активирует аденилатциклазную систему энтероцитов и ведет к накоплению циклических нуклеотидов, вследствие чего происходит гиперсекреция энтероцитами солей и воды в просвет кишечника значительно в больших количествах, чем это постоянно происходит во время нормального пищеварения. Действие холерогена сопряжено с участием и других токсических веществ, вырабатываемых вибрионом — ферментов и низкомолекулярных метаболитов; простаноидов, усиливающих синтез циклического 3,5-аденозинмонофосфата (цАМФ) и фосфодиэстеразы. Вследствие запуска этих механизмов теряются изотоническая плазма, электролиты, прежде всего соли калия и бикарбонаты. Наряду с потерей электролитов дегидратация является ведущим звеном в патогенезе холеры. Потери жидкости возрастают благодаря усилению перистальтики кишечника (под действием эндотоксина и частично энтеротоксина) и нарастанию профузной диареи. Присоединение рвоты и регургитации содержимого тонкой кишки в желудок увеличивает степень обезвоживания организма.