O agente etiológico é um bacilo gram-negativo, anaeróbio e esporulado. Em sua forma vegetativa, pode produzir pré-toxina botulínica. 

Apesar de a toxina botulínica ser letal e apenas uma pequena quantidade causar doença, as toxinas são termolábeis e podem ser destruídas se aquecidas a 80°C por, no mínimo, dez minutos.

São conhecidos sete tipos de toxinas botulínicas: A, B, C1, C2, D, E, e F. Os tipos que causam doença no ser humano são: A, B, E e F, sendo os mais frequentes o A e o B.

Devido à gravidade da doença e à possibilidade de ocorrência de outros casos resultantes da ingestão da mesma fonte de alimentos contaminados, um caso é considerado surto e emergência de saúde pública. Todo caso suspeito de botulismo exige notificação à vigilância epidemiológica local em até 48 horas.