Iako su bakterijemija i sepsa usko povezane, to su dva odvojena stanja. Jednostavna prisutnost bakterija u krvi poznata je kao bakteremija. Može biti prolazan, kada su male količine bakterija u krvi u ograničenom vremenskom razdoblju, ili se može održati, gdje bakterije perzistiraju i razmnožavaju se u krvotoku. Trajni oblik bakteremije obično je ono što dovodi do sepse, što je imunološki odgovor tijela na prisutnost bakterija. Ovo potencijalno smrtonosno stanje, koje se ponekad naziva i trovanjem krvi, uključuje upalni odgovor cijelog tijela i karakterizira ga povećana tjelesna temperatura, broj otkucaja srca i disanje, au svom teškom obliku može dovesti do zatajenja organa, ekstremno niskog krvnog tlaka ili septički šok.
Bakterijemija i sepsa ne moraju se nužno pojaviti samo zato što su bakterije unesene u krvotok. U slučajevima kada samo mala količina bakterija uđe u krv, na primjer kada bakterije u ustima uđu kroz desni, tijelo ih može lako očistiti bez negativnih rezultata. Ovi prolazni slučajevi bakterijemije obično čak i ne uzrokuju simptome.
Kada osoba ima velike količine bakterija u krvi, ili je u situaciji u kojoj se bakterije nastavljaju unositi neko vrijeme, on ili ona će često razviti trajnu bakteriemiju i vjerojatno će uslijediti sepsa. Situacija u kojoj se to može dogoditi je kada osoba ima operaciju na području poput crijeva gdje su prisutne velike količine bakterija, a rez im omogućuje da se prebace u njegov ili njezin krvotok. Nakon što se sepsa pojavi, osoba će obično doživjeti sindrom sistemskog upalnog odgovora ili SIRS, stanje u kojem je upala prisutna u cijelom tijelu, uzrokujući povećanje tjelesne temperature, otkucaja srca i disanja, kao i značajno povećanje bijele krvi Stanice.
U teškim slučajevima ili ako se liječenje ne provede odmah, bakterijemija i sepsa mogu napredovati u tešku sepsu ili čak septički šok. Bolesnici s teškom sepsom mogu doživjeti zatajenje organa kao što su pluća, bubrezi ili srce. Mogu razviti hipotenziju, ili ekstremno nizak krvni tlak, i hipoperfuziju, ili smanjen dotok krvi u organe. Ako ova stanja napreduju do te mjere da oživljavanje tekućinom ne ublaži hipotenziju, može se smatrati da je pacijent u septičkom šoku, što je iznimno opasno i često smrtno.