白喉杆菌产生白喉毒素的过程主要与溶原性噬菌体携带的毒素基因有关。当β-棒状杆菌噬菌体感染白喉杆菌后，毒素基因整合到宿主基因组中，并在铁离子浓度等环境因素调控下表达毒素蛋白。
1、溶原性噬菌体感染
白喉杆菌本身并不携带毒素基因，其产毒能力完全依赖于β-棒状杆菌噬菌体的感染。这种噬菌体通过尾部结构吸附在细菌表面，将自身DNA注入宿主细胞内。当噬菌体处于溶原状态时，其基因组会整合到宿主染色体特定位置。
2、毒素基因整合
β-棒状杆菌噬菌体携带的tox基因编码白喉毒素前体蛋白。该基因通过位点特异性重组插入到白喉杆菌的染色体中，成为细菌基因组的一部分。整合后的毒素基因可随着细菌DNA复制传递给子代细胞，使所有后代菌株均具备产毒潜能。
3、毒素表达调控
毒素合成受铁离子浓度严格调控。当环境铁离子浓度低于0.1μg/ml时，细菌膜上的铁载体系统激活，同时DtxR调控蛋白失活，解除对tox基因的抑制。此时核糖体结合tox基因mRNA的SD序列，启动毒素蛋白的合成。新合成的毒素前体经细菌蛋白酶切割后，形成具有活性的A、B两个亚单位。
若确诊白喉感染，需立即进行抗毒素血清治疗并隔离。抗生素虽能杀灭细菌但对已产生的毒素无效，因此早期使用抗毒素至关重要。治疗期间应严格监测呼吸道通畅度，预防毒素引发的心肌炎等严重并发症。