牛奶中含有乳糖，而部分人体内乳糖酶缺乏或活性不足；乳糖酶的作用是将乳糖分解为葡萄糖和半乳糖，以便人体吸收。当乳糖酶不足时，未被消化的乳糖进入肠道后，会被肠道细菌发酵，产生短链脂肪酸、氢气、二氧化碳等气体，导致肠道内气体增多，引起腹胀；同时，发酵过程会使肠道内渗透压升高，水分进入肠道，导致肠道蠕动加快，从而出现腹泻症状。
牛奶中的蛋白质，如酪蛋白、乳清蛋白等，可能会被人体免疫系统识别为外来的过敏原，从而触发免疫反应；免疫细胞会释放出如组胺等化学物质，这些物质会作用于肠道等部位，使肠道黏膜通透性增加，导致水分和电解质的流失，进而引起腹泻。除了拉肚子，牛奶过敏还可能表现为皮肤瘙痒、红肿、起疹子等皮肤症状，以及打喷嚏、流鼻涕、咳嗽、喘息等呼吸道症状；严重的牛奶过敏甚至可能引发过敏性休克，对生命造成威胁。此外，对于本身就患有肠道疾病的人，如肠易激综合征、炎症性肠病等，他们的肠道功能比较脆弱；在这种情况下，饮用牛奶可能会加重肠道负担，更容易出现腹泻的情况。
