肝脏是体内最大的代谢器官，是清除内毒素和解毒的主要脏器，也是体内遭受内毒素攻击的首要器官。在正常情况下，肠道内有少量内毒素存在，门静脉内也存在内毒素，外周血也存在少量内毒素。一旦肝功能受损，肝脏单核巨噬细胞系统功能减弱，内毒素灭活功能降低，造成内毒素血症，而内毒素加重肝损害。Vtili等用内毒素灌流离体鼠肝脏，证实可致肝功能障碍，其病变程度与内毒素剂量呈正相关。
肿瘤坏死因子是内毒素致损害的关键性促炎介质。肿瘤坏死因子不仅能介导内毒素的多种生物学作用，而且可通过其他细胞因子，扩大其生物学效应，在肝衰竭的致病机理中具有重要意义。肿瘤坏死因子与内毒素作为激活剂可诱导肝脏发生非特异性超敏反应。内毒素直接造成的肝脏损害主要有:
一、影响排泌功能
内毒素能引起大鼠、狒狒及人类“志愿者”的酚四溴酞酸钠（BSP）滞留率。其作用途径主要通过对肝细胞排泌功能的影响。而与结合能力的受损无关。内毒素引起的胆汁分泌障碍选择地表现在非胆盐依赖性胆液（BSIF）的减少。这是因为内毒素影响了毛细胆管胆汁排泌的缘故。另有报道，通过能影响非胆盐依赖性胆液的理化处理，也能使毛细胆管膜上的Na+、K+--ATP酶发生相应的改变。这进一步证明了毛细胆管膜上ATP酶调节的钠盐传递是非胆盐依赖性胆液的决定因素。内毒素能影响ATP酶活性及线粒体能量合成。因而可影响胆汁排泌，由此推论，它也能引起胆汁淤积。成人的胆汁分泌中，非胆盐依赖性胆液占35%左右，新生儿中比例则更高。因此革兰氏阴性菌感染的新生儿，有时出现胆汁淤积，可解释为内毒素对胆汁分泌的影响。
二、损害肝细胞
通过光学显微镜检查，可能发现在受到致死量内毒素攻击的实验动物中，有不同程度的肝细胞损害。如肝窦充血，狄乐（Diss）腔扩张，枯否氏细胞肿胀，内部结构松解，线粒体嵴消失。对线粒体的功能研究还表明，内毒素可引起呼吸率降低。琥珀酸氧化减少，ATP酶活力受抑制以及ADP的利用发生障碍。内毒素还使Ca2+转位和K+转位发生改变。产生上述变化的机制未明，可能是内毒素引起pH和阳离子浓度方面的变化激活了溶酶体酶，造成细胞损害。
三、血管作用
用完整的狗或离体灌注的狗肝进行试验研究表明，对内毒素最初的血管反应是肝脏静脉流出道的迅速阻塞，门静脉压和肝动脉压升高，肝脏血流淤滞﹐静脉血流不足，心输出量减少，动脉压下降。这种血管作用的本质还不清楚，枯否氏细胞肿胀，肝细胞微绒毛的肿胀及血小板凝聚，纤维蛋白沉积等都被认为是可能的因素。而有人也认为是内毒素本身对肝脏血管的直接作用，但在人类或其他灵长类并不发生肝淤血，而有周围血管阻力降低，其原因或许是由于内毒素促使组织胺、缓激肽类血管活性物质释放及激活补体系统的结果。这种周围阻力的降低则可致周围血流淤滞，低血压和组织灌注不足。
四、对代谢的影响
内毒素虽可以抑制糖原异生作用，引起实验动物的低血糖，糖原贮存减少，据认为，这种糖原消耗可能与肾上腺素的释放有关。内毒素除上述直接毒性作用，还可以通过单核巨噬细胞使之表达、分泌各种细胞因子和炎性介质，如肿瘤坏死因子、白细胞介素-1α和白细胞介素-1β和血小板激活因子（PAF）及氧自由基，后者作用于肝脏和其他组织器官的生物膜，导致肝损伤和多器官功能衰竭局部微循环障碍。肿瘤坏死因子可激活磷脂酶A，诱导血小板活化因子，白三烯（LTS）、白细胞介素-1、白细胞介素-6等多种细胞因子，参与肝脏的炎性反应和组织损伤。肿瘤坏死因子可诱导细胞内自由基产生，导致细胞膜脂质过氧化和杀菌细胞效应，可直接活化中性粒细胞和枯否氏细胞，增强其吞噬活性。肿瘤坏死因子还可引起肝窦内皮细胞的损伤，诱发弥漫性血管内凝血及细胞因子的产生，促进肝损害发生和发展。