棉花黄萎病的致病机理是产生一种毒素影响棉花生长，同时还会造成棉花的导管堵塞，这就是黄萎病菌致病的主要原因。
棉花黄萎病病菌的致病性主要是产生致病毒素和导管堵塞所致。已经查明黄萎病菌所产轮枝菌素（VD-toxin）是致萎的主要原因，VD是一种蛋白质—脂类—多糖（PLP）复合物，其主要成分是酸性糖蛋白，蛋白质和糖的含量分别为85.26%和14.74%。轮枝菌素对寄主体内CO2的固定、水的光解、辅酶I的还原等均起破坏作用，因而严重影响植株代谢，导致发病。关于导管堵塞，一是菌丝及分生孢子大量繁殖，二是病菌侵入寄主后，刺激邻近的薄壁细胞产生凝胶体、树胶和侵填体，三是病菌侵入后产生果胶酶，分解细胞和细胞壁中的胶状物质和果胶物质，引起组织解体，从而堵塞导管，影响植株营养与水分的吸收，导致发病。