主要是锥虫毒素对机体的毒害作用。虫体侵入机体后，经淋巴和毛细血管进入血液和造血器官发育繁殖，虫体增多，同时产生大量有毒的代谢产物；而锥虫自身又相继死亡释放出毒素，这些毒素作用于中枢神经系统，引起机能障碍如体温升高和运动障碍；进而侵害造血器官-网状内皮系统和骨髓，使红细胞溶解和再生障碍，导致红细胞减少，出现贫血。随着红细胞溶解，不断游离出来的血红蛋白大部分积滞在肝脏中，转变为胆红素进入血流，引起粘膜和皮下组织黄染。心肌受到侵害，引起心机能障碍；毛细血管壁被侵害，通透性增高，导致水肿。由于肝功能受损，肝糖不能进行贮存，所以致病的后期出现低血糖和酸中毒。中枢神经系统被侵害，引起精神沉郁甚至昏迷等症状。锥虫表面的可变糖蛋白(VSG)具有极强的抗原变异性。虫体在血液中增殖的同时，宿主的抗体也相应产生，在虫体被消灭时，却有一部分VSG发生变异的虫体，逃避了抗体的作用，重新增殖，从而出现新的虫血症高潮，如此反复使疾病出现周期性高潮。