NTM可侵犯全身许多脏器和组织，其中以肺部最为常见，肺外病变包括淋巴结，皮肤，软组织，骨骼等。
1、慢性肺病
常见致病菌为MAIC，堪萨斯分枝杆菌，偶发分枝杆菌，脓肿分枝杆菌及蟾蜍分枝杆菌等，上述细菌引起的肺部病变与肺结核很相似，患者常有慢性阻塞性肺病，肺结核，矽肺，肺脓肿，支气管扩张，囊性纤维化，糖尿病，溃疡病及应用激素，免疫抑制剂的病史，男多于女，症状有咳嗽，咳痰，咯血，胸痛，呼吸困难，低热，消瘦，乏力，但缺乏特异性，病情进展慢，X线胸片上病变多见于右上肺，显示浸润，空洞，结节，纤维干酪和广泛纤维收缩等多种病变，空洞发生率高达80％，呈单发或多发，胞内分枝杆菌引起的空洞多位于胸膜下，壁薄，周围渗出少，瘰疬分枝杆菌引起儿童的肺部病变，表现与原发型肺结核相似，MAIC感染可表现为弥漫性播散性病灶，NTM感染时，自病变初期到形成空洞常需2～4年，此外，很少发生胸膜反应渗出。
2、淋巴结炎
由NTM引起的淋巴结炎远比淋巴结核多见，致病菌以鸟-胞内分枝杆菌，瘰疬分枝杆菌及海分枝杆菌多见，多见于12岁以下儿童，以2～4岁儿童为主，0～5岁患儿占91％，发病率10倍于结核性淋巴结炎，患儿多有玩泥土，塘水习惯，病变位于颈部，颌下，腹股沟，肱骨内上踝，腋窝，淋巴结肿大，不疼，但可有触痛，进展缓慢，淋巴结破溃后形成窦道，恶化与好转反复交替，最后以纤维化和钙化结局。
3、脑膜炎
常见于艾滋病，背部创伤及神经外科手术后患者，以鸟分枝杆菌，偶发分枝杆菌，瘰疬分枝杆菌及堪萨斯分枝杆菌引起者多见，其临床表现颇似结核性脑膜炎，但病死率较高。
4、皮肤和软组织感染
由海分枝杆菌感染，多见于游泳池，或海水中游泳者皮肤擦伤，如肘，膝，踝，指（趾）处皮肤，开始时为红褐色小丘疹，小结节或斑块，随后软化破溃成为浅表性溃疡，常可迁延数月乃至几年，但不会形成瘘管，偶尔病变沿淋巴管呈向心性发展，病变多呈自限性，偶然分枝杆菌复合群可经局部皮肤伤口入侵形成局限性脓肿，局灶性蜂窝织炎，多为医源性感染，溃疡分枝杆菌常引起小腿和前臂无痛性皮下结节，继而形成水疱，破溃导致坏死性溃疡，表面覆盖黄色坏死物，周围皮肤隆起，色素沉着，称为Baimsdal溃疡（在澳大利亚称Searl病；在乌干达称Buruli溃疡），后期机化形成瘢痕可致畸形，瘰疬分枝杆菌也可引起皮肤肉芽肿性结节，破溃伴瘘管形成，同时伴淋巴结肿大，堪萨斯分枝杆菌感染常可引起疣状或肉芽肿样丘疹及坏死性丘疹性脓疱等，偶有隆乳术后引发乳腺NTM感染。