Le virus de la poliomyélite se transmet d'homme à homme par l'intermédiaire d'eau ou de nourriture contaminée par les excréments, ou se propage directement par des aérosols ou la salive pendant les deux premières semaines d'infection du porteur.

Une fois ingéré, le virus se multiplie dans les cellules des muqueuses de la gorge et des intestins. L'incubation dure de quatre à trente-cinq jours, mais les premiers symptômes apparaissent le plus souvent entre sept et quatorze jours après l'infection. Le virus est excrété dans les selles pendant trois à six semaines. Il est plus stable que la plupart des autres virus et peut demeurer actif plusieurs semaines dans l'eau et la nourriture contaminées. C'est un des virus les plus contagieux qui soient : il touche quasiment tous les membres d'une famille dans laquelle un individu est infecté.

Un nourrisson exposé au virus est protégé par les anticorps transmis par le lait maternel, si la mère a été elle-même en contact avec le virus une fois dans sa vie, ce qui est le cas le plus fréquent dans des pays où les conditions sanitaires sont rudimentaires. Si un bébé est exposé au virus de la polio, son propre système immunitaire produit des anticorps qu'il conservera toute la vie, pendant que ceux de sa mère le protègent de cette première infection.

Le virus de la polio passe totalement inaperçu chez 90 % des enfants qu'il infecte. Chez la majorité des autres, il cause une indisposition limitée et temporaire, avec mal de tête, fièvre, mal de gorge et vomissements. Les maux de gorge et vomissements sont dus à la prolifération du virus dans la partie supérieure de l'appareil digestif, après son ingestion par la bouche.

Selon le type de virus contracté, un enfant sur 100, 200 ou 1000 est frappé de paralysie et le virus de la polio se transmet silencieusement d'un enfant à l'autre, pendant des semaines ou des mois. Dans les pays en développement aux conditions sanitaires particulièrement défavorables, les malades ont presque toujours entre deux et cinq ans. Les plus jeunes sont protégés par l'allaitement ; au-delà de cinq ans, quasiment toute la population a déjà été exposée au virus.

Dans les pays tropicaux, les premiers symptômes de la polio sont souvent confondus avec ceux du paludisme, et pour décrire les manifestations de la polio les médecins parlent souvent de symptômes « pseudo-palustres ». Dans les pays industrialisés, ils sont « paragrippaux ».

Si le virus franchit la barrière immunitaire des cellules des muqueuses gastro-intestinales, il pénètre dans le système nerveux, où il trouve les cellules dans lesquelles il prolifère le mieux. Il se propage alors dans la masse grise formée par les cellules nerveuses des deux « cornes antérieures » qui courent de haut en bas de la moelle épinière, sur sa face avant. De la moelle épinière, le virus passe dans les neurones qui relient la moelle épinière aux muscles ; ces neurones « moteurs » permettent de bouger les bras, les jambes, le diaphragme, et d'autres muscles.

Le virus de la polio a une prédilection pour les neurones moteurs, dans lesquels il se multiplie et qu'il détruit. Si tous les neurones d'un nerf qui innerve un muscle donné sont anéantis, ce muscle sera totalement paralysé. Le muscle lui-même est intact mais la communication avec le cerveau est interrompue, et il ne reçoit plus l'ordre de se contracter. Si le virus ne détruit qu'une partie des neurones d'un nerf, le muscle sera affaibli mais fonctionnera toujours.

Le niveau atteint par le virus dans la moelle épinière détermine quelles parties du corps sont touchées. Dans 79 % des cas, ces sont les membres qui sont affectés, le plus souvent les jambes. Au niveau des jambes, le fonctionnement des muscles fléchisseurs est moins souvent compromis que celui des muscles extenseurs. Si le virus atteint le bulbe rachidien dont dépendent les muscles respiratoires, en particulier le diaphragme, la maladie peut entraîner la mort par asphyxie. Elle peut aussi causer un arrêt cardiaque. Dans 19 % des cas, le virus atteint à la fois les nerfs moteurs des membres et le bulbe rachidien, et dans 2 % uniquement le bulbe rachidien.

La maladie évolue différemment chez les enfants et chez les adultes. La durée d'incubation avant les premiers symptômes est plus longue et la fièvre moins élevée chez les adultes, mais les paralysies sont plus fréquentes et plus graves. La mortalité est de 2 à 5 % chez les enfants, contre 15 à 30 % chez les adultes.

Aucun traitement n'existe. Rien ne peut contrer le virus une fois qu'il a envahi l'organisme. Les médecins sont réduits à attendre, en aidant de leur mieux le malade jusqu'à ce que son système immunitaire prenne le dessus et élimine l'agent infectieux. Une amélioration suit généralement la fin de la maladie, des neurones intacts créant des prolongements qui remplacent en partie les neurones détruits. Certains muscles retrouvent un fonctionnement quasi normal.