埃博拉出血热的病态生理学为医学界的热门讨论议题之一。埃博拉病毒主要透过粘膜处及表皮伤口入侵宿主身体。它们能在多种细胞内进行高效繁殖，包括：单核细胞、巨噬细胞、内皮细胞、肝细胞、成纤维细胞、肾上腺细胞。[58]这一过程会触发细胞素风暴，导致败血症。
巨噬细胞首当其冲受到影响，淋巴细胞后会一并进入细胞凋亡阶段。因此，病人往往会出现淋巴细胞缺乏症及免疫力衰退。病毒在数天后开始侵袭血管内皮细胞，破坏血管的凝聚。负责处理细胞粘附及细胞间结构的整合素，会随着病毒糖蛋白数量的上升而下降。带病者的肝脏亦受到破坏。持续的出血会导致水肿及低血容量休克。弥散性血管内凝血常见于埃博拉病人身上。这是因病毒促使了单核及巨噬细胞分泌过剩的组织因子，导致了血液凝固作用级联。
其中，先天性免疫力破坏为埃博拉致病机理的一大重点。病毒使患者身体无法对一型干扰素（α 与 β）及二型干扰素伽玛作出自然反应。一般而言，数种位于宿主细胞基质内、外的受体（主要为钟形受体）会辨认出病原相关分子，并进入活化阶段。期间，干扰素控制因子（3及7）触发通信级联，令一型干扰素表露并被释放，使之与邻近细胞表面的相关受体结合。
结合完成后，信使蛋白“STAT1”及“STAT2”被活化并转移至细胞核刺激干扰素激活性基因，以制造出抗病毒蛋白。埃博拉病毒（模式种）的“V24”及“VP35”蛋白，分别封锁了“STAT1”的去路及直接阻挡了β干扰素的释放。通过抑制这些免疫反应，病毒能迅速蔓延至全身。