ผู้ป่วยที่มีภาวะพิษเหตุติดเชื้อ/ภาวะติดเชื้อในกระแสเลือด อาจพัฒนาเข้าสู่ภาวะอาการขั้นรุนแรง (Severe sepsis) ภาวะช็อก (Septic shock) และภาวะอวัยวะภายในต่างๆล้มเหลว (Organ dysfunction)

• ภาวะอาการขั้นรุนแรง (Severe sepsis) คือ การที่ผู้ป่วยเกิดภาวะพิษเหตุติดเชื้อ/ภาวะติดเชื้อในกระแสเลือด ร่วมกับมีภาวะอวัยวะภายในต่างๆล้มเหลว หรือมีความดันโลหิตต่ำกว่าปกติ
• ภาวะช็อก (Septic shock) คือ การที่ผู้ป่วยที่มีภาวะพิษเหตุติดเชื้อ/ภาวะติดเชื้อในกระแสเลือดร่วมกับมีความดันโลหิตต่ำกว่าปกติ ที่ไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยการให้สารน้ำทางหลอดเลือด
• ภาวะอวัยวะภายในต่างๆล้มเหลว (Organ dysfunction) อวัยวะที่สำคัญ คือ
• ปอด การแลกเปลี่ยนก๊าซออกซิเจนระหว่างปอดกับเลือดจะน้อยลง เนื่องจากถุงลมในปอดมีน้ำคั่งมากขึ้น ทำให้ปริมาณออกซิเจนในเลือดน้อยลง ขณะมีปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์มากขึ้น อวัยวะต่างๆจึงได้รับออกซิเจนน้อยลง ยิ่งส่งผลให้อวัยวะต่างๆรวมทั้งปอดเองล้มเหลวมากขึ้นไปอีก
• หัวใจ หัวใจจะบีบตัวได้น้อยลง ความดันโลหิตก็จะยิ่งลดลง ยิ่งทำให้การส่งเลือดไปสู่อวัยวะต่างๆน้อยลงไปอีก
• ไต เมื่อไตหยุดทำงาน ผู้ป่วยจะไม่มีปัสสาวะหรือมีปัสสาวะออกเพียงเล็กน้อย น้ำและของเสียในร่างกายก็จะคั่ง เกลือแร่ในร่างกายขาดสมดุล หรือในผู้ป่วยบางคนอาจมีปัสสาวะมากผิด ปกติ ทำให้ร่างกายขาดน้ำ และเกลือแร่ขาดสมดุลได้เช่นกัน
• สมอง จะเกิดอาการสับสน วุ่นวาย หรือซึม จนถึงขั้นโคม่า (Coma) ในที่สุด
• ตับ การทำหน้าที่ของตับในการกำจัดเม็ดเลือดแดงที่หมดอายุ จะสูญเสียไป จึงทำให้มีสารประกอบของเม็ดเลือดแดงที่หมดอายุ ที่เรียกว่า บิลิรูบิน (Bilirubin) หรือสารสีเหลือง อยู่ในเลือดมาก ทำให้มีอาการตัวเหลือง ตาเหลือง และตับยังจะหยุดผลิตสารเคมีที่ช่วยในการแข็ง ตัวของเลือด ทำให้เลือดไม่แข็งตัว เลือดจึงออกได้ง่าย
• ระบบการแข็งตัวของเลือด นอกจากสารเคมีที่ช่วยในการแข็งตัวของเลือดซึ่งผลิตจากตับจะน้อยลงแล้ว ปริมาณเกล็ดเลือดซึ่งเกี่ยวข้องกับการแข็งตัวของเลือดก็ลดลงด้วย แต่กลไกในการลดลงของปริมาณเกล็ดเลือดนั้นไม่ทราบชัดเจน ในกรณีที่อาการรุนแรง ผู้ป่วยอาจเกิดภาวะมีลิ่มเลือดกระจายในหลอดเลือดทั่วตัว ที่เรียกว่า Disseminated intravascular coagula tion (DIC หรือ ดีไอซี) คือ มีการแข็งตัวของเลือดในหลอดเลือดขนาดเล็กๆทั่วร่างกาย ทำให้สารเคมีที่ใช้ในการแข็งตัวของเลือดถูกใช้ไปจนหมด และเม็ดเลือดแดงจะถูกทำลายจากลิ่มเลือดที่แข็งตัวเหล่านี้ ผู้ป่วยจะมีเลือดออกไม่หยุดเกิดขึ้นได้ในอวัยวะสำคัญต่างๆ เช่น ปอด สมอง ลำไส้ และเป็นสาเหตุให้เสียชีวิต (ตาย) ได้ในที่สุด
• ระบบฮอร์โมน ในผู้ป่วยที่เป็นโรคเบาหวาน ระดับน้ำตาลในเลือดจะขึ้นสูงผิดปกติ เพราะตับอ่อนจะผลิตฮอร์โมนอินซูลิน (ฮอร์โมนควบคุมระดับน้ำตาลในร่างกาย) ได้ไม่เพียงพอ ทำให้การควบคุมระดับน้ำตาลด้วยยากินไม่ได้ผล ต้องให้ยาอินซูลิน (ยาฉีด) รักษาแทน หรือในผู้ ป่วยที่เคยกินยาสเตียรอยด์มาก่อน จะเกิดภาวะต่อมหมวกไตหยุดทำงาน ไม่ผลิตฮอร์โมนที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมความดันโลหิต ทำให้ความดันโลหิตยิ่งต่ำลงไปอีกได้

อนึ่ง ในด้านความรุนแรง ผู้ป่วยที่มีภาวะพิษเหตุติดเชื้อ/ภาวะติดเชื้อในกระแสเลือดขั้นรุนแรง จะมีอัตราการเสียชีวิตประมาณ 20 - 35% ส่วนผู้ป่วยที่มีภาวะช็อก จะมีอัตราการเสีย ชีวิตประมาณ 40 - 60% ทั้งนี้ ปัจจัยสำคัญที่จะทำให้ผู้ป่วยพัฒนาไปสู่อาการขั้นรุนแรงและมีโอกาสเสียชีวิตสูงขึ้น คือ โรคประจำตัวที่ผู้ป่วยมีอยู่ และความรวดเร็วและมีประสิทธิภาพในการรักษา โดยพบว่าเมื่อผู้ป่วยมีภาวะพิษเหตุติดเชื้อ/ภาวะติดเชื้อในกระแสเลือดเกิดขึ้น การให้ยาปฏิชีวนะที่ช้าไปทุกๆ 1 ชั่วโมง จะเพิ่มโอกาสการเสียชีวิตขึ้นชั่วโมงละ 7%