Stan taki utrzymywany jest dzięki kilku mechanizmom: sok żołądkowy o niskim pH, który zabezpiecza jelito cienkie przed przedostawaniem się bakterii docierających drogą pokarmową do żołądka, działając bakteriobójczo sok trzustkowy zawierający enzymy działające również bakteriobójczo motoryka jelita cienkiego – ruch jelit powodujący przesuwanie w ich świetle treści powoduje usuwanie nadmiaru bakterii do dalszych odcinków przewodu pokarmowego śluz pokrywający nabłonek jelita cienkiego, który wiąże komórki bakteryjne immunoglobulina A znajdująca się w błonie śluzowej jelita cienkiego zastawka krętniczo-kątnicza, czyli połączenie między jelitem krętym a grubym zapobiegające cofaniu się treści oraz bakterii z jelita grubego.
thumb|Obraz mikroskopowy materiału pobranego w trakcie biopsji jelita cienkiego u pacjenta z zespołem rozrostu bakteryjnego może być podobny do obrazu w celiakii z częściowym uszkodzeniem kosmków Zaburzenie któregokolwiek z powyższych mechanizmów może doprowadzić do rozrostu flory bakteryjnej w jelicie czczym, co w efekcie skutkuje zapoczątkowaniem szeregu procesów powodujących objawy chorobowe: rozpad cząsteczek soli kwasów żółciowych – prowadzi to do zaburzeń trawienia tłuszczów i w konsekwencji powoduje biegunkę tłuszczową oraz upośledzenie wchłaniania witamin rozpuszczalnych w tłuszczach (A, D, E, K)