休克时，由于微循环发生一系列的病理生理改变，造成血管扩张、通透性增加、血流减馒和血液淤积，由此也可引起微血流流态的紊乱。微血流流态的紊乱一般常发生于休克的中晚期，而很少发生于休克早期。
休克时微血流流态的紊乱，按先后次序大致可分为三个阶段，以下介绍早期情况：血细胞与微血管间、血细胞相互间黏聚力增加，血黏度增高。
内毒素休克早期即可发现血流缓慢，血小板和白细胞分流并拥集在微血管的边缘分支中。由于内毒素及休克后许多代谢产物、缺氧、酸中毒等因素的共同作用，使微血管内皮细胞受损，此时血小板可发生局部黏聚。如果休克很快纠正、血压恢复，则微循环血流可得到改善。如休克进一步发展，血小板发生破坏，释出血小板因子，则可加速凝血作用，促进DIC的形成。内毒素休克与其他休克的微循环及血细胞变化类似，但前者的作用更严重。
休克早期使血小板黏附的机制可能与下列因素有关：①内毒素及其他毒性物质包括氧自由基对微血管内皮的损害，可使内皮脱落，其下胶原暴露。现研究明确，内皮胶原内有Ⅰ型胶原及Ⅲ型胶原，Ⅰ型胶原的羧基端和Ⅲ型胶原α链中心部位的多肽是血小板黏附时的主要部位。②血小板膜上的许多糖蛋白结构，特别是糖蛋白Ⅰb结构是血小板黏附于内皮下层的特异部位，其内也包含着血小板聚集的重要分子。③血小板受凝血酶等刺激后，可释放TXA2及其他介质，使内皮细胞损伤加重。
内毒素对红细胞表面电荷及红细胞形态有明显影响。正常时红细胞均匀地混悬于血浆之中，一般认为这是因为红细胞表面与血管内皮表面均带负电，因而红细胞间和红细胞与毛细血管内皮细胞间相互排斥，以维持红细胞的混悬状态，如由各种原因使红细胞表面电荷降低，就可增加红细胞间的黏附能力，使红细胞聚集。有人预测，红细胞在血浆中的表面电荷约为16.4×10-5静电单位，其表面负电荷的主要来源是糖蛋白上的羧基，包括唾液酸的羧基，α-羧基、β-羧基和γ-羧基。正常时，由于红细胞上带有基本相等的负电荷，因此红细胞之间相互排斥。红细胞之间的最小距离为20nm，内毒素可使红细胞膜上的电荷数明显减少，其他如酸性代谢产物、氧自由基、外来高分子物质等也可使其表面电荷数减少，并引起红细胞聚集。
血流动力学的改变也是促使红细胞聚集的因素之一。在血流淤滞、浓缩、黏滞度增大、流速减慢等因素作用下，红细胞由于血液浓缩而紧紧挤靠在一起，一般为4～5个红细胞聚集在一起，但此时其仍可在血流中流动，中间可夹杂白细胞或血小板。此时，红细胞的完整性仍未破坏，聚集的红细胞仍可重新解聚，但成串的红细胞可进一步影响微循环的流量。
血浆的黏度主要受血浆蛋白相对分子质量（或体积）、血浆蛋白浓度、蛋白质分子形状和蛋白质分子的对称性等影响，其中以血中纤维蛋白原的浓度对血浆黏度的影响最大。休克时，特别在内毒素休克时，由于血液浓缩或纤维蛋白原合成增多，纤维蛋白原含量升高，血浆黏度升高、流速减慢，并且纤维蛋白原覆盖于红细胞膜上，使红细胞间的相互排斥作用减少，相互之间的聚合作用增加，最后可促使红细胞聚集。
红细胞的另一特征是其具有可塑性，能通过毛细血管。内毒素休克时及在由此所产生的缺氧、酸中毒等因素的作用下，红细胞膜收缩蛋白可出现代谢障碍，并使红细胞变形能力降低。有人用内毒素注射动物后发现，动物红细胞外形改变为球形、棘形，且变形能力也明显下降。另外，由于缺氧及内毒素对红细胞膜的毒性作用，红细胞膜上Na+，K+-ATP酶活性下降，Na+-K+交换出现障碍，细胞内Na+大量聚集，细胞内渗透压增加，细胞外液水分进入，使红细胞发生肿胀变形，严重时可使红细胞破坏，并发生溶血。
除血小板及红细胞外，在微循环障碍时，白细胞的数量及质量也有改变，这也可影响微血管的畅通。白细胞在血液中数量相对较少，但变形能力也较小。在内毒素刺激下，大量新生白细胞进入血液，由于白细胞形态改变得又高又圆，故变形能力进一步减小。此时，如果存在微血管痉挛、毛细血管壁水肿使管腔变窄，则白细胞极易阻塞毛细血管，并影响相应区域微循环的灌流。
正常情况下，血液内的白细胞在血管中央流动，不与微血管壁接触，在内毒素休克时，白细胞可发生贴壁翻滚现象，即白细胞沿着血管壁缓慢流动，造成此种现象的原因目前仍不很清楚，这可能与内皮细胞膜上带电荷数减少、有化学趋化物质存在、血流减慢、白细胞膜发生变化等因素有关。严重时，白细胞可以沿血管壁成队排列，影响循环的流畅。
白细胞膜及血管内皮膜上存在着黏附分子。内毒素、TNF、IL、白细胞三烯等能促成黏附分子的表达，使白细胞与血管内皮之间的黏附能力增加。白细胞膜的黏附蛋白为整合素，如CD11和CD18。微血管内皮细胞膜上的黏附蛋白为选择素，如ICAM-1、ICAM-2、ELAM-1.CD 62等。
近来发现，休克时微循环Skimming现象也是休克患者的一个特征，即某些微血管中仅有血浆流过而无红细胞通过，特别是在血流减慢时更可以如此。关于此种现象的意义尚不清楚，可能是休克时人体的一种代偿机制。虽然红细胞不能通过影响组织氧的供给，但仍可利用血浆中的营养成分供应组织细胞的需要。