进入牙髓或根尖周组织的细菌可产生多种有害物质直接毒害组织细胞，或通过引发炎症和免疫反应间接导致组织损伤。
1.致病物质主要包括荚膜、纤毛、胞外小泡、内毒素、酶和代谢产物。
2.炎症反应 龋病时，细菌还在牙本质小管内，其代谢产物就可损害成牙本质细胞，引发受损部位的炎症反应。最初渗出的炎症细胞为慢性炎症细胞，如巨噬细胞、淋巴细胞和浆细胞，这被认为是牙髓炎症的修复过程。当龋病终止或有害刺激被清除后，牙髓的损伤可以得到修复；当龋病进一步发展时，牙髓的慢性炎症状态就会转为急性炎症，大量的中性粒细胞就会进入组织，导致牙髓不可复性的破坏。
牙髓受到细菌感染时，受损的细胞可释放大量的炎症介质，引起血管扩张，通透性增加，趋化中性粒细胞进入受损部位，中性粒细胞在杀灭细菌时所释放的溶酶体也导致了牙髓组织的变性或坏死。牙髓中升高的炎症介质包括神经肽、组胺、5-羟色胺、缓激肽、前列腺素、白三烯、补体成分和各种细胞因子，它们在牙髓炎和根尖周炎的病理生理中具有重要意义。
在细胞受损后，细胞膜上的磷脂在各种酶的作用下可生成前列腺素和白三烯。它们除了增加血管通透性外，还具有趋化白细胞、促进骨吸收和致痛作用。在牙髓病或根尖周病中，还有许多细胞因子的介入。白细胞介素1（IL-1）、白细胞介素6（IL-6）和白细胞介素8（IL-8）对炎症细胞有趋化作用，IL-1还可以刺激破骨细胞的形成。肿瘤坏死因子（TNF-α、TNF-β）可活化破骨细胞和抑制胶原的合成，在牙槽骨的吸收中发挥重要作用。
3.免疫反应 牙髓和根尖周组织中存在识别外来抗原的细胞。侵入组织的细菌及其产物可作为抗原，诱发宿主的特异性免疫反应。免疫反应在杀灭细菌的同时，也可引起或加重炎症反应，导致组织损伤。
牙髓中能将抗原信息传递给淋巴细胞的是巨噬细胞和树突状细胞，前者主要分布在牙髓基质中，后者存在于成牙本质细胞层和血管周围。在抗原诱发的实验性牙髓炎中，可见抗原提呈细胞主要位于穿髓孔下方和血管附近，提示牙髓中免疫反应的存在。
有研究表明，在牙髓和根尖周病变中存在各种免疫球蛋白、肥大细胞、K细胞和补体成分，提示牙髓和根尖周组织中可发生抗体介导的免疫反应，甚至变态反应。抗体如IgG和IgM与相应的抗原结合后，可中和毒素和协助对抗原的吞噬；但也可能引起Ⅱ型和Ⅲ型变态反应，造成组织损伤。实验表明，根管中的抗原物质可诱发免疫反应，导致根尖周病变持续较长时间。
在人牙髓和根尖周病变中还检出NK细胞、T细胞和多种细胞因子，提示细胞介导的免疫反应或变态反应也存在于牙髓和根尖周组织中。研究表明，根尖周病损区有大量的淋巴细胞，其中T淋巴细胞数明显多于B淋巴细胞。对T淋巴细胞亚群的研究表明，在根尖周病变活动期，辅助性T细胞是优势细胞，占主导地位；慢性期则主要是抑制性T细胞。另外，由T细胞产生的细胞因子与根尖周病的临床症状和骨吸收密切相关。这些发现提示细胞免疫在根尖周病的发病机制中占有重要地位。
目前认为，炎症反应和免疫反应对侵入牙髓和根尖周组织细菌和毒性产物具有杀灭和清除作用，对宿主有明显的保护作用；但在一定的条件下，也造成组织的严重破坏。
