根據不同的生物學特性將致病性大腸桿菌分為5類：
致病性大腸桿菌是嬰兒腹瀉的主要病原菌，有高度傳染性，嚴重者可致死;成人少見。
腸產毒性大腸桿菌(ETEC)
引起嬰幼兒和旅遊者腹瀉，出現輕度水瀉，也可呈嚴重的霍亂樣症狀。腹瀉常為自限性，一般2～3天即愈。營養不良者可達數週，也可反覆發作。
腸侵襲性大腸桿菌(EIEC)
腸侵襲性大腸桿菌的特點是能侵入大、小腸粘膜，穿入上皮細胞內，使細胞蛋白溶解並在其中生長繁殖，使粘膜刷狀緣受損，局部發生潰瘍甚至出血，所以臨床大便表現似痢疾。
腸出血性大腸桿菌(E.I"IEC)
患者可能出現各種症狀，包括嚴重的水瀉、帶血腹瀉、發熱、腹絞痛及嘔吐。情況嚴重時，更可能併發急性腎病。5歲以下的兒童出現該等併發症的風險較高。若治療不當，可能會致命。
也可以引起腹瀉，但對其發病機理與血清型尚不瞭解。EAEC不侵入腸上皮細胞，不產生LT或ST，也無VT毒素。唯一特徵是具有與Hep-2細胞(人喉上皮細胞癌細胞系)粘附的能力，故也稱Hep-2細胞粘附性大腸桿菌。
