グラム陰性桿菌は数多くの感染症を引き起こす。一部は共生微生物で腸内常在細菌叢中に存在する。それらの共生微生物だけでなく,動物や環境病原巣から侵入してくる微生物が疾患を引き起こす場合もある。
グラム陰性桿菌は下痢や腹膜炎,尿路,消化管,胆道,および血流の感染症をよく引き起こす。
グラム陰性細菌はペスト,コレラ,および腸チフスを引き起こす。これらの感染症は米国ではまれとなっているが,衛生環境が不良な地域や安全な水と食糧の確保が難しい地域では,より一般的にみられる。これらの感染症は重篤となる可能性がある。