歯の表面は常に唾液でおおわれています。そして唾液が歯の表面のエナメル質にふれているかぎりむし歯にはなりません。唾液には、さまざまな作用がありますが、その一つが清浄作用です。口の中の細菌や食べもののかすを洗い流してくれるのです。
ところが、ミュータンス菌が口の中にいると、砂糖という「えさ」を得て、唾液をさえぎる膜のようなものを歯の表面に作ってしまいます。この膜を「バイオフィルム」といいます。

歯の表面にバイオフィルムができてしまうと

歯のエナメル質が唾液にふれることができなくなり、唾液による清浄作用がきかなくなります。そのため、バイオフィルムで守られた内側は細菌が繁殖しやすい環境になります。

ミュータンス菌は、バイオフィルムの中で、食べものなどから糖分を吸収して、自分が生きていくためのエネルギーを作り出します。この過程を「発酵」といい、糖は最終的に乳酸や酢酸、エタノールにまで分解され、外に放出されます。
ところがバイオフィルムが育ってくると、できた酸（最も多いのは乳酸）は外に放出されずに、バイオフィルムの中に残り、歯のエナメル質を溶かしはじめます。エナメル質の破壊は狭い範囲で深く進みますが、比較的柔らかくおかされやすい象牙質にまで達すると奥に広い穴が作られるようになります。こうしてむし歯の穴が大きくなると、熱いものや冷たいもの、甘いもの、すっぱいものの刺激によって歯髄（歯の中心にある神経の集まっている部分）が充血し痛みを伴うようになります。さらに、象牙質にある象牙細管を通って歯髄に細菌が感染し、炎症を起こすと歯髄炎になります。この段階になると、今まで一時的に歯がしみたり、食べものがはさまると痛みを感じていたのが、突如猛烈に痛みだし、まわりの歯がすべて悪くなったように感じられたりします。