造血系統
造血組織對芥子氣很敏感。中毒嚴重時，骨髓空虛，造血細胞破壞和消失，只見少數原始造血細胞、網狀細胞和血竇等。淋巴結的淋巴濾泡及脾臟脾小體中的淋巴細胞消失和急性萎縮。外周血白細胞數急劇下降和中性粒細胞右移。嚴重時，紅細胞及血小板也減少。
消化系統
小腸粘膜上皮、尤其是隱窩細胞最為敏感。動物實驗可見隱窩細胞出現核固縮、核碎裂和細胞分裂相消失。小腸絨毛上皮剝脫，無新生的上皮細胞自隱窩向絨毛移動。腸腔粘膜屏障缺損，大量血漿自腸壁滲出，出現腹瀉、血便、並可見敗血症或毒血癥。
神經系統
動物超致死量中毒，迅速出現興奮和驚厥，並可見流涎、腸平滑肌痙攣等副交感神經系統興奮表現。神經細胞可見尼氏體溶解及空泡等改變。
生殖腺
睪丸生精細胞也較敏感。嚴重中毒時，曲細精管精母細胞大為減少，成熟精子減少，精母細胞分裂相少見。一般可以恢復。
其它
在代謝方面，嚴重中毒可引起組織大量破壞，蛋白質分解增加，嘔吐腹瀉導致水分丟失、電解策失衡、食慾不振、負代謝增加和體重下降。循環功能方面，大劑量中毒可有心搏徐緩、心律紊亂、血壓下降，以致出現低血容量性休克等。
