多器官功能障礙綜合徵的發病機制主要為炎症介質、腸道細菌移位和缺血再灌注損傷。若機體感染、外傷、心跳呼吸驟停、大手術的情況下，可形成自我保護，產生炎症介質，過量時可誘發身體其他部位損傷。一般正常人腸道里部分細菌有益於機體健康，但若為腸道粘膜缺血時，細菌可能會轉移到其他部位，引起全身的損傷。另外，若心肌缺血後人為安放支架，使心肌再灌注，其產生的氧自由基亦會引起多器官功能障礙綜合徵。