Παρόλο που η βακτηριαιμία και η σήψη συνδέονται στενά, είναι δύο ξεχωριστές καταστάσεις. Η απλή παρουσία βακτηρίων στο αίμα είναι γνωστή ως βακτηριαιμία. Μπορεί να είναι παροδικό, όταν μικρές ποσότητες βακτηρίων βρίσκονται στο αίμα για περιορισμένο χρονικό διάστημα, ή μπορεί να διατηρηθεί, όπου τα βακτήρια επιμένουν και πολλαπλασιάζονται στην κυκλοφορία του αίματος. Η παρατεταμένη μορφή βακτηριαιμίας είναι συνήθως αυτή που οδηγεί στη σήψη, η οποία είναι η ανοσολογική απόκριση του οργανισμού στην παρουσία των βακτηρίων. Αυτή η δυνητικά θανατηφόρος κατάσταση, που μερικές φορές αναφέρεται ως δηλητηρίαση αίματος, περιλαμβάνει μια φλεγμονώδη απόκριση από ολόκληρο το σώμα και χαρακτηρίζεται από αυξημένη θερμοκρασία σώματος, καρδιακό ρυθμό και αναπνευστικό ρυθμό και στη σοβαρή της μορφή μπορεί να οδηγήσει σε ανεπάρκεια οργάνων, εξαιρετικά χαμηλή αρτηριακή πίεση , ή σηπτικό σοκ.
Η βακτηριαιμία και η σήψη δεν συμβαίνουν απαραίτητα και τα δύο μόνο και μόνο επειδή εισάγονται βακτήρια στην κυκλοφορία του αίματος. Σε περιπτώσεις όπου μόνο μια μικρή ποσότητα βακτηρίων εισέρχεται στο αίμα, για παράδειγμα όταν τα βακτήρια στο στόμα εισέρχονται μέσω των ούλων, το σώμα μπορεί εύκολα να το καθαρίσει χωρίς αρνητικά αποτελέσματα. Αυτές οι παροδικές περιπτώσεις βακτηριαιμίας τυπικά δεν προκαλούν καν συμπτώματα.
Όταν ένα άτομο έχει μεγάλες ποσότητες βακτηρίων στο αίμα ή βρίσκεται σε μια κατάσταση όπου τα βακτήρια συνεχίζουν να εισάγονται για κάποιο χρονικό διάστημα, συχνά θα αναπτύξει παρατεταμένη βακτηριαιμία και είναι πιθανό να ακολουθήσει σήψη. Μια κατάσταση όπου αυτό μπορεί να συμβεί είναι όταν ένα άτομο υποβάλλεται σε χειρουργική επέμβαση σε μια περιοχή όπως το έντερο όπου υπάρχουν μεγάλες ποσότητες βακτηρίων και η τομή τους επιτρέπει να μετακινηθούν στην κυκλοφορία του αίματος του. Μόλις ξεκινήσει η σήψη, το άτομο θα εμφανίσει συνήθως σύνδρομο συστηματικής φλεγμονώδους απόκρισης ή SIRS, μια κατάσταση όπου η φλεγμονή είναι παρούσα σε όλο το σώμα, προκαλώντας αυξήσεις στη θερμοκρασία του σώματος, τον καρδιακό ρυθμό και τον αναπνευστικό ρυθμό, καθώς και σημαντική αύξηση στο λευκό αίμα κύτταρα.
Σε σοβαρές περιπτώσεις, ή εάν η θεραπεία δεν χορηγηθεί έγκαιρα, η βακτηριαιμία και η σήψη μπορεί να εξελιχθούν σε σοβαρή σήψη ή ακόμα και σε σηπτικό σοκ. Οι ασθενείς με σοβαρή σήψη μπορεί να παρουσιάσουν ανεπάρκεια οργάνων όπως οι πνεύμονες, τα νεφρά ή η καρδιά. Μπορεί να αναπτύξουν υπόταση ή ακραία χαμηλή αρτηριακή πίεση και υποαιμάτωση ή μειωμένη ροή αίματος στα όργανα. Εάν αυτές οι καταστάσεις προχωρήσουν σε σημείο που η αναζωογόνηση με υγρά δεν ανακουφίζει την υπόταση, ο ασθενής μπορεί να θεωρηθεί ότι έχει υποστεί σηπτικό σοκ, το οποίο είναι εξαιρετικά επικίνδυνο και συχνά θανατηφόρο.