百草枯通过一个需能的传递系统，富积于肺泡的i型细胞和2型细胞（由于百草枯的结构和多胺相似而被且泡摄取）。
高浓度的百草枯富积于肺和肾的细胞，影响其氧化还原反应的进程，产生对组织产生有害作用的氧，可破坏细胞的防御机制，导致肺损伤（急性或亚急性）和肾小管坏死。
关于氧自由基形成的途径说法不一，目前的研究认为以下三条途径最为重要1由线粒体外膜上包含naop-细胞色素c还原酶的一种未知酶介导。而过去认为氧自由基是由于微粒体在nadph-细胞色素c还原酶催化下所产生的观点被认为在百草枯中毒解毒方面起作用。2组织缺血时次黄嘌呤水平增加，同时黄嘌呤脱氢酶转化为黄嘌呤氧化过程中产生氧自由基。3中性粒细胞增加，中性粒细胞直接损伤内皮细胞和上皮细胞或通过淋巴因子如淋巴三烯起作用，淋巴三烯能引起血管收缩进一步加重缺血。活化的中性粒细胞由于nadph氧化酶的作用产生氧自由基。
氧自由基经多种途径损伤组织。它们能通过磷脂膜的不饱和脂肪酸提取氢原子引起脂质过氧化。后者是一种脂肪酸分子重新安排后的被结合的二烯形式，然后二烯与氧反应形成超氧自由基，超氧自由基能从其它脂质膜中去掉氢原子，形成一系列反应，脂质过氧化增加原浆膜和亚细胞膜的渗透性，削弱了酶反应过程和离子泵，损伤了dna。另外，膜蛋白被直接氧化，影响了关键蛋白如na-k-atp酶和ca-atp酶的活性。
