小儿顿咳由外感时行邪毒侵入肺系，夹痰交结气道，导致肺失肃降，为其主要病因病机。
小儿时期肺常不足，易感时行外邪，年龄愈小，肺更娇弱，感邪机会愈多。病之初期，时行邪毒从口鼻而入，侵袭肺卫，肺卫失宣，肺气上逆，而出现形似普通感冒咳嗽症状，且有寒热之不同。继而疫邪化火，痰火胶结，气道阻塞，肺失清肃，气逆上冲，而咳嗽加剧，以致痉咳阵作，痰随气升，待痰涎吐出后，气道稍得通畅，咳嗽暂得缓解。但咳嗽虽然在肺，日久必殃及它脏。犯胃则胃气上逆而致呕吐；犯肝则肝气横逆而见两胁作痛；心火上炎则舌下生疮，咳则引动舌本；肺与大肠相表里，又为水之上源，肺气宣降失司，大肠、膀胱随之失约，故痉咳则二便失禁；若气火上炎，肺火旺盛，引动心肝之火，损伤经络血脉，则咯血、衄血；肝络损伤，可见目睛出血，眼眶瘀血等。病至后期，邪气渐退，正气耗损，肺脾亏虚，多见气阴不足证候。
年幼或体弱小儿体禀不足，正气亏虚，不耐邪毒痰热之侵，在病之极期可导致邪热内陷的变证。若痰热壅盛，闭阻于肺，可并发咳喘气促之肺炎喘嗽；若痰热内陷心肝，则可致昏迷、抽搐之变证。