Характер местного патологического процесса при анаэробной гангрене определяется как своеобразное острое серозно-альтеративное воспаление, которое сопровождается тяжелыми местными нарушениями кровообращения и бурно нарастающим отеком тканей. Процесс быстро выходит за пределы раны, распространяясь на соседние области тела. Кожа принимает мраморный вид с переходом в багрово-синюшную окраску. Отмечают образование обширных эпидермальных пузырей, заполненных серозно-геморрагическим экссудатом, и мацерацию. На разрезе ткани тусклые, набухшие, с обильным истечением серозной или серозно-геморрагической жидкости. Подвергающиеся некрозу мышцы приобретают характерный вид «вареного мяса».
При инфекции газообразующими микробами Cl. perfringens в тканях появляются пузырьки газа, которые обнаруживают пальпаторно по ощущению крепитации. Это послужило поводом к широко употреблявшемуся в прошлом названию «газовая гангрена». При микроскопическом исследовании пораженных тканей обнаруживают микробов-возбудителей (грамположительных крупных спорообразующих палочек — клостридий или кокков — пептококков, пептострептококков, образующих характерные короткие цепочки). Их выявляют на значительном удалении от раны вокруг сосудов, в пери- и эндомизии мышц, в фасциальных образованиях и подкожной жировой клетчатке, куда они могут проникать вместе с токами тканевой жидкости. Лейкоцитарная реакция обычно мало выражена. Неклостридиальная пептострептококковая (стрептококковая) анаэробная гангрена по клинико-морфологическим проявлениям весьма близка к классической клостридиальной анаэробной гангрене. Чаще она принимает форму преимущественно серозно-гнойной некротической (гангренозной) флегмоны жировой клетчатки (анаэробный целлюлит) или распространяется преимущественно по фасциям (анаэробный фасциит). В подлежащих к очагам некроза тканях можно обнаружить перифокальный тромбоваскулит. Последний развивается вне непосредственной связи со скоплениями микробов-возбудителей и может служить видом гиперергической реакции, разные проявления которой характерны и для обычной гнойной стрептококковой инфекции.