可引起菌血症的细菌主要包括革兰阳性细菌，以金黄色葡萄球菌为代表，例如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌；还包括革兰阴性杆菌，常见的有大肠埃希菌、铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌；还可见于厌氧菌感染，主要是感染胃肠道和女性生殖道。除了细菌可引起菌血症以外，真菌感染也会引起菌血症，常见的包括白色假丝酵母菌和热带假丝酵母菌。新生儿菌血症常见的致病菌包括大肠埃希菌、B族链球菌；烧伤所引起的菌血症，常见的致病菌有铜绿假单胞菌、大肠埃希菌、变形杆菌、金黄色葡萄球菌。