โรตาไวรัสนี้ทำให้เกิดอาการท้องร่วงได้ด้วยหลายกลไก การที่เซลล์เยื่อบุผนังลำไส้ถูกทำลายจะทำให้การดูดซึมสารอาหารบกพร่อง สารอาหารที่ไม่ถูกดูดซึมจึงผ่านลำไส้ออกมากลายเป็นอุจจาระร่วง สารพิษโปรตีนบนไวรัสชื่อ NSP4 จะกระตุ้นให้เกิดการหลั่งคลอไรด์ผ่านไอออนแชนเนล (chloride channel) ทั้งชนิดอิงแคลเซียมไอออน (calcium ion-dependent) และชนิดอิงอายุ (age-dependent), ขัดขวางกระบวนการดูดน้ำกลับผนังลำไส้ที่อาศัยช่องทาง SGLT1 ทรานสพอร์เตอร์, ลดประสิทธิภาพของเอนไซม์ไดแซคคาไรเดสบนเยื่อขนแปรงของเซลล์ผนังลำไส้, และส่วนหนึ่งอาจเป็นจากการกระตุ้นรีเฟลกซ์การหลั่งสารน้ำของระบบประสาทส่วนลำไส้ ผ่านกลไกแบบอิงแคลเซียมไอออน[22] เซลล์เยื่อบุผนังลำไส้ที่ปกติจะหลั่งเอนไซม์แลคเตส เมื่อถูกทำลายจะทำให้ผู้ป่วยมีอาการไม่ทนต่อน้ำตาลแลคโตสชั่วคราว ซึ่งเป็นอาการสำคัญที่โดดเด่นอย่างหนึ่งของการติดเชื้อโรตาไวรัส[23] ภาวะนี้อาจคงอยู่ได้หลายสัปดาห์ก่อนจะกลับมาเป็นปกติเมื่อเซลล์เยื่อบุผนังลำไส้เจริญกลับขึ้นมา[24] ผู้ป่วยเด็กที่มีอาการดีขึ้นแล้วหากกินนมทั่วไปซึ่งมีน้ำตาลแลคโตสอาจมีอาการท้องร่วงได้เล็กน้อย เนื่องจากน้ำตาลแลคโตสที่รับเข้าไปหากไม่ถูกย่อยจนสมบูรณ์ด้วยเอนไซม์แลคเตสของร่างกาย จะถูกย่อยโดยแบคทีเรียผ่านกระบวนการหมัก[25]