引起腎盂腎炎的常見病原微生物是革蘭氏陰性桿菌，其中最常見于大腸桿菌，大腸桿菌存在正常人的腸道中，當某些原因造成大腸桿菌異位化，從腸道進入泌尿系統，即可導致腎盂腎炎，最常見的感染途徑是逆行感染。即大腸桿菌由尿道口進入尿道、膀胱、輸尿管，最后到達腎盂位置造成嚴重感染。而其它感染方式是腸道出現壁變薄，大腸桿菌穿過變薄的腸道進入泌尿系統，造成腎盂腎炎發作。較少見于大腸桿菌侵入機體造成菌血癥或毒血癥，進入泌尿系統而造成腎盂腎炎發作。