La toxina producida por la bacteria Clostridium botulinum es la principal culpable del botulismo. Otros miembros del género Clostridium pueden producir la toxina botulínica: argentinense C., C. butyricum y baratii C, pero son fuentes de menor importancia. Para crecer, estas bacterias requieren un grado bajo de acidez, una temperatura de 4,4ºC-8,8ºC y humedad. A falta de estas condiciones, las bacterias se transforman en esporas que, como semillas de plantas, pueden permanecer latentes durante años. Los clostridios y sus esporas, existen en todo el mundo, especialmente en suelos y sedimentos acuáticos. No suponen un peligro para el ser humano o los animales hasta que las esporas se encuentran con un ambiente que favorece el crecimiento. Una vez germinan las esporas, las bacterias producen la toxina del botulismo mortal.

En el ser humano, la toxina botulínica se engancha a proteínas específicas en las terminaciones nerviosas y las destruye de forma irreversible los. Estas proteínas controlan la liberación de acetilcolina, un neurotransmisor que estimula a las células musculares. Al bloquearse la liberación de acetilcolina, los nervios no son capaces de estimular los músculos.