首次感染肺炎支原体后，病原体可在呼吸道歉膜内常驻，时间达数月，在免疫力低下的患者甚至可达数年，成为正常携带者。

这种新膜内的常驻病原体极少侵犯戳膜以下，但在免疫抑制患者或非免疫抑制患者接受腔镜检查时，肺炎支原体可进入骸膜下和血流，并可播散至其他器官。肺炎支原体肺炎的发病机制目前主要倾向于呼吸道上皮吸附作用、直接侵入和免疫学发病等学说。

呼吸道上皮细胞吸附作用及宜接侵入当肺炎支原体随飞沫被吸入呼吸道后，生长在纤毛上皮之间，不侵入肺实质，其细胞膜上有神经氨酸受体，可吸附于宿主的呼吸道上皮细胞表面，释放多种有毒代谢产物如过氧化氢及其他活性氧基团，抑制纤毛活动b破坏上皮细胞，出现细胞变性、坏死、脱落和炎症细胞浸润，可波及间质，从而发生浅层豹膜广泛性损伤，这是肺炎支原体的主要致病方式。

研究还发现肺炎支原体可通过其表面P1蛋白部附于宿主细胞而产生致病作用，在肺炎支原体感染的急性期和恢复期均可测到血清Pl蛋白抗体，有人认为P1蛋白动附于呼吸迢上皮细胞是肺炎支原体繁殖和致病的先决条件。