Comme nous l'avons vu dans la chimie du gluten, la gliadine contient la majeure partie des composants toxiques.

La pénétration de la gliadine dans la paroi intestinale, avec une nette augmentation du nombre de lymphocytes dans l'épithélium de cette dernière, provoquerait une réaction inflammatoire entraînant la destruction des cellules composant les villosités intestinales .

Cette intolérance au gluten est d’origine immunologique mais sans réaction d'hypersensibilité. Ce n'est donc pas une allergie.

Cette atrophie est prédominante au niveau de l'intestin grêle proximal (jéjunum, voir le plan pour savoir comment s'y rendre) mais peut, quand l'atteinte est importante, être visible sur l'ensemble de l'intestin grêle.

La maladie coeliaque entraine une incapacité plus ou moins grande d'absorber les nutriments: glucides, lipides et les vitamines A, D, E, K, B12 

Des carences peuvent alors apparaître et provoquer:

- Amaigrissement, dénutrition et perte de poids avec retard de croissance (chez l'enfant et l'adolescent) ;

- Anémie associée à une carence en fer, folates, vitamine B12 

- Déficit en certains facteurs de la coagulation (facteurs II, VII et X) ;

- Hypoprotidémie (baisse de la concentration sanguine en protéine) avec hypo-albuminémie 

- Déficit en calcium, magnésium, zinc 

- Hypocholestérolémie

Elle conduit alors à un syndrome de malabsorption plus ou moins total avec notamment une malabsorption de la vitamine B12 au niveau du grêle distal. Le taux sanguin de cette dernière est alors très abaissé, provoquant une macrocytose (anomalie induisant des érythrocytes (globules rouges) de grande taille (diamètre supérieur à 9 microns) se traduisant à la numération sanguine par un volume globulaire moyen supérieur à 100.

Le microbiote ou flore intestinale (ensemble des organismes vivant au sein du tube digestif) s’appauvrit par défaut de sites d’adhérence.