人类是百日咳杆菌的唯一宿主。百日咳杆菌可以引起百日咳，百日咳的患者是百日咳杆菌的主要来源。百日咳杆菌主要通过空气传播，通常是由直接吸入来自百日咳患者咳嗽或打喷嚏时的飞沫而感染。
另外，通过密切接触新被百日咳杆菌污染的物体，也可以引起间接的感染。百日咳杆菌是革兰氏阴性的小杆菌，它的抵抗力不强，对热、干燥、化学消毒剂都是敏感的，在外界环境中生存力不强。
百日咳杆菌侵犯人体后，会附着在呼吸道表面，可以引起支气管和细支气管粘膜上皮细胞的变性坏死和脱落，从而可以引起百日咳的症状。