VTI syntyy, kun haitalliset mikrobit pääsevät alempiin tai ylempiin virtsateihin. Yleisimpiä ovat alemmat virtsaputkessa ja virtsarakon alueella esiintyvät virtsatieinfektiot. Näitä kutsutaan myös kystiitiksi. Useimmissa tapauksissa alempiin virtsateihin tunkeutuvat bakteerit ovat peräisin omasta kehostamme. E. coli -bakteeri, joka on tavallisesti suolistossa elävä kolibakteeri, on yleisin, ja se voi tartuttaa virtsatiet, kun virtsaputki altistuu ulosteesta peräisin oleville bakteereille.
Erittäin virulentit bakteerit, jotka jätetään hoitamatta, voivat levitä virtsaputkien kautta yhteen tai molempaan munuaiseen ja aiheuttaa ylemmän virtsatien tulehduksen. Tällöin virtsatietulehduksen oireita voivat olla selkäkipu, pahoinvointi ja kuume. Jos tulehdus jätetään hoitamatta, se voi mahdollisesti vahingoittaa munuaisia tai jopa aiheuttaa munuaisten vajaatoiminnan. Joissakin tapauksissa munuaistulehdus voi levitä verenkiertoon ja aiheuttaa urosepsiksen, joka vaatii välitöntä tehohoitoa. Jos on diagnosoitu ylemmän tai alemman virtsatien tulehdus ja hoito on tarpeen, lääkäri päättää määrättävistä antibiootista ja annostuksesta.
Myös ”hyviksi” bakteereiksi kutsuttu oireeton bakteriuria virtsateissä on harmiton tila, jota ei tule hoitaa antibiooteilla. Nämä bakteerit eivät aiheuta oireita lukuun ottamatta voimakkaan hajuista virtsaa joissakin tapauksissa.