Mimo że bakteriemia i sepsa są blisko spokrewnione, są to dwa odrębne schorzenia. Prosta obecność bakterii we krwi nazywana jest bakteriemią. Może mieć charakter przejściowy, gdy niewielkie ilości bakterii znajdują się we krwi przez ograniczony czas, lub może się utrzymywać, gdy bakterie utrzymują się i namnażają w krwiobiegu. Utrzymująca się postać bakteriemii zwykle prowadzi do sepsy, która jest odpowiedzią immunologiczną organizmu na obecność bakterii. Ten potencjalnie śmiertelny stan, czasami określany jako zatrucie krwi, obejmuje reakcję zapalną całego organizmu i charakteryzuje się podwyższoną temperaturą ciała, tętnem i częstością oddechów, a w swojej ciężkiej postaci może prowadzić do niewydolności narządów, skrajnie niskiego ciśnienia krwi lub wstrząs septyczny.
Bakteremia i posocznica niekoniecznie występują tylko dlatego, że bakterie są wprowadzane do krwiobiegu. W przypadkach, gdy tylko niewielka ilość bakterii dostanie się do krwi, na przykład, gdy bakterie w jamie ustnej przedostaną się przez dziąsła, organizm może je łatwo usunąć bez negatywnych skutków. Te przejściowe przypadki bakteriemii zazwyczaj nie powodują nawet objawów.
Kiedy dana osoba ma duże ilości bakterii we krwi lub znajduje się w sytuacji, w której bakterie są nadal wprowadzane przez pewien czas, często rozwija się u niego trwała bakteriemia, a następnie prawdopodobnie nastąpi posocznica. Sytuacja, w której może to nastąpić, ma miejsce, gdy dana osoba przechodzi operację w obszarze takim jak jelita, w którym obecne są duże ilości bakterii, a nacięcie pozwala im przenieść się do krwioobiegu. Po pojawieniu się sepsy osoba zwykle doświadcza zespołu ogólnoustrojowej odpowiedzi zapalnej lub SIRS, stanu, w którym stan zapalny występuje w całym ciele, powodując wzrost temperatury ciała, częstości akcji serca i częstości oddechów, a także znaczny wzrost liczby krwinek białych komórki.
W ciężkich przypadkach lub jeśli leczenie nie zostanie podjęte szybko, bakteriemia i posocznica mogą przejść w ciężką sepsę, a nawet wstrząs septyczny. U pacjentów z ciężką sepsą może wystąpić niewydolność narządów, takich jak płuca, nerki lub serce. Mogą rozwinąć się niedociśnienie lub skrajnie niskie ciśnienie krwi i hipoperfuzja lub zmniejszony przepływ krwi do narządów. Jeśli te stany rozwiną się do tego stopnia, że resuscytacja płynowa nie złagodzi niedociśnienia, można uznać, że pacjent jest we wstrząsie septycznym, który jest niezwykle niebezpieczny i często śmiertelny.