大腸桿菌具有很多毒力因子，包括內毒素，莢膜，〣型分泌系統，黏附素和外毒素等。（〣型分泌系統是指能向真核靶細胞內輸送毒性基因產物的細菌效應系統。約由20余種蛋白質組成。）

黏附素   能使細菌緊密黏著在泌尿道和腸道的細胞上，避免因排尿時尿液的沖刷和腸道的蠕動作用而被排除。大腸桿菌黏附素的特點是具有高特異性。包括：定植因子抗原〡， 〢，〣；集聚黏附菌毛〡和〣；束形成菌毛；緊密黏附素；P菌毛；侵襲質粒抗原蛋白和Dr菌毛等。

外毒素   大腸桿菌能產多種的外毒素，包括：志賀毒素〡和〢；耐熱腸毒素〡和〢；不耐熱腸毒素〡和〢。此外，溶血素A在尿路致病性大腸桿菌所致疾病中有重要作用。

大腸桿菌血清學分型基礎（即其抗原） 大腸埃希菌主要有三種抗原：O抗原，為細胞壁脂多糖zui外層的特異性多糖，由重復的多糖單位所組成。該抗原刺激機體主要產生IgM類抗體（出現早，消失快）。K抗原，位于O抗原外層，為多糖，與細菌的侵襲力有關。K抗原分為A，B，L三型。H抗原，位于鞭毛上，加熱和用酒精處理，可使H抗原變性或喪失。H抗原主要刺激機體產生IgG類抗體，與其他腸道菌基本無交叉反應。

表示大腸桿菌血清型的方式是按O：K：H排列，例如：O111：K58（B4）：H2