Zatem podczas leczenia może dojść do sytuacji, że w konsekwencji leczenia przeciwnowotworowego odnowa komórek nabłonkowych może być niewystarczająca do zastąpienia tych traconych podczas naturalnego procesu złuszczania. Może to doprowadzić do utraty integralności śluzówki przewodu pokarmowego. W patogenezie choroby zwraca się uwagę na obecność nacieku białaczkowego w obrębie ściany jelita. Kolejnym czynnikiem predysponującym jest niedokrwienie związane ze specyficznym, stosunkowo uboższym ukrwieniem kątnicy. Część cytostatyków jest często związana z neutropenicznym zapaleniem jelit, szczególnie dotyczy to arabinozydu cytyzyny, ale także etopozydu i daunorubicyny. Ważną rolę w patogenezie odgrywa infekcja przewodu pokarmowego oraz neutropenia. Najczęstszymi czynnikami infekcyjnymi są bakterie Gram ujemne, przy czym rzadko izoluje się patogeny wywołujące zakażenia przewodu pokarmowego u osób zdrowych takie jak Salmonella, Shigella, Yersinia czy Campylobacter. Zakażenie Clostridium difficile nie jest klasyfikowane jako neutropeniczne zapalenie jelit, choć może współwystępować.