產生外毒素的致病細菌，主要有破傷風梭菌、肉毒梭菌、產氣莢膜梭菌、白喉棒狀桿菌（Corynebacterium diphtheriae）、A群鏈球菌、金黃色葡萄球菌等。痢疾誌賀氏菌、鼠疫耶爾森菌、霍亂弧菌、腸毒性大腸桿菌和綠膿桿菌也能產生外毒素。大多數外毒素在新陳代謝過程中在產毒細菌的細胞內合成，然後分泌到細菌外部，這就是外毒素名稱的由來。但也有少數外毒素是在體內合成並保存的，如細菌死亡裂解後才會釋放到周圍環境中，痢疾誌賀氏菌和產腸毒素的大腸埃希氏菌的外毒素就屬於這種類型。
外毒素的毒性很強。肉毒桿菌毒素1毫克純品可殺死2億只小白鼠，其毒性是化學制劑氰化鉀的1萬倍。不同致病菌產生的外毒素，對人體組織器官具有選擇性（醫學上稱為親嗜性），引起特殊的病理變化。例如，肉毒梭菌產生的肉毒毒素能阻斷神經末梢釋放起傳遞信息作用的乙酰膽堿，使眼肌、咽肌等癱瘓，造成眼瞼下垂、復視、吞咽困難等，嚴重時因呼吸肌癱瘓不能呼吸而死亡。又如白喉桿菌產生的白喉毒素，特別喜歡在末梢神經末梢、心肌等處結合，使那些易感染細胞的蛋白質合成受到影響，從而導致末梢神經麻痹和心肌炎。
大多數外毒素不耐熱，在 60°C 下加熱半小時即可破壞。葡萄球菌腸毒素是個例外，如果蛋糕等食品被葡萄球菌腸毒素汙染，即使在100℃下加熱半小時，食用後仍會發生食物中毒。
外毒素是壹類能刺激宿主免疫系統產生良好免疫反應的蛋白質，形成的特異性免疫球蛋白能中和外毒素的毒性，這種蛋白質稱為抗毒素。抗毒素存在於宿主的血清中。例如，可以在白喉康復者的血清中檢測到白喉抗毒素。外毒素的性質不穩定；如果使用 0.3%-0.4%的福爾馬林（甲醛）溶液約 1 個月，其毒性就會降低到幾乎為零，但這種無毒蛋白質刺激機體產生免疫反應的能力（稱為免疫原性）卻不會減弱。這種失去毒性的外毒素被稱為類毒素。利用類毒素毒性很弱而免疫原性很強的特點，可以制成預防針來進行免疫預防接種，使接種者通過自身免疫系統產生足量的抗毒素，以防止以後可能入侵的產外毒素細菌感染。目前用於預防白喉和破傷風的免疫制劑是它們的類毒素。如果病人已經患上由產外毒素細菌（如白喉或破傷風）引起的疾病，再給他接種相應的類毒素就為時已晚，因為從註射類毒素到產生足量的抗毒素需要大約壹個月的時間。有鑒於此，生物制品研究所和其他免疫藥品生產單位將給馬接種類毒素，使馬產生特異性抗毒素，然後對這些抗毒素進行純化和提煉，制成治療註射劑。有了這些抗毒素，就可以治療白喉或破傷風患者。
根據細菌外毒素對宿主細胞的親和力和作用方式，可將其分為神經毒素（破傷風痙攣毒素、肉毒桿菌毒素等）、細胞毒素（白喉、破傷風等）和抗毒素。細胞毒素（白喉毒素、葡萄球菌中毒性休克綜合征毒素 1、A 組鏈球菌熱原毒素等）和腸毒素（霍亂弧菌腸毒素、葡萄球菌腸毒素等）三大類。
大多數外毒素的分子結構由A、B兩個亞基組成。A亞基是外毒素的活性部分，決定其毒性作用；B亞基無毒，與宿主易感細胞表面的特殊受體結合，介導A亞基進入細胞，使A亞基發揮毒性作用。因此，外毒素必須是 A、B 兩個亞基同時存在才具有毒性。因為毒性 A 亞基本身無法單獨進入易感細胞。由於B亞基與易感細胞的受體結合可以阻止受體再與完整的外毒素分子結合，現有學者利用這壹特點，正在研制外毒素B亞基疫苗，以預防相應的外毒素疾病。