牛球虫病主要寄生于小肠下段和整个大肠的上皮细胞细胞内，可引起肠壁炎症，细胞崩裂，出血;有时也可寄生于盲肠与结肠下段；产生的有毒物质蓄积在肠道中，被宿主吸收后引起全身中毒。感染10万个以上虫卵，可产生明显的临床症状。
潜伏期约为2—3周，犊牛一般为急性经过，病程为10~15天。当牛球虫寄生在大肠内繁殖时，肠黏膜上皮大量破坏脱落、黏膜出血并形成溃疡；这时在临床上表现为出血性肠炎、腹痛，血便中常带有黏膜碎片。
剖检病死犊牛发现肺脏没有发生充血、出血现象，心脏、胃也不存在明显异常，主要是肠道发生明显病变，且往往集中于直肠，肠内含有大量的黑色粪便，其中混杂过多的黏膜碎片以及纤维素性假膜，且含有小血凝块，肠黏膜发生弥漫性充血、肿胀、出血，类似虎斑状，其中出血最为严重的是盲肠黏膜。另外，肠系膜淋巴结发生肿大。
肠黏膜破坏而造成细菌继发感染时，则体温可升高到40～41℃，前胃迟缓，肠蠕动增强、下痢，多因体液过度消耗而死亡。慢性病例，则表现为长期下痢、贫血，最终因极度消瘦而死亡。
