复杂性尿路感染与非复杂性尿路感染相比具有更广的菌谱,而且细菌更可能耐药(特别是与治疗有关的复杂性尿路感染)。但是,存在耐药性细菌本身并不足以诊断复杂性尿路感染,还必须同时合并有泌尿系疾病(解剖或功能方面)或者诱发尿路感染的潜在疾病。尿培养常见的是大肠埃希菌、变形杆菌、克雷伯菌、假单胞菌、粘质沙雷菌和肠球菌,大部分是肠杆菌科(60%~75%),其中最常见的是大肠埃希菌,特别是首次感染的患者。除存在结石或异质体,葡萄球菌并不常见于复杂性尿路感染(0~11%)。另外,在不同时间、不同医院,菌谱都有可能发生改变。社区和医院获得性复杂性尿路感染患者的病原体多变、抗菌药物耐药的发生率较高,如果潜在疾病没有得到纠正,治疗失败率也较高。
与尿路结石相关的复杂性尿路感染,大肠埃希菌和肠球菌较少见,而变形杆菌和假单胞菌则较常见。可产生尿素酶的细菌主要为变形杆菌,普罗威登斯菌、摩根氏菌和棒状杆菌,但克雷伯菌、假单胞菌、沙雷氏菌和葡萄球菌在某种程度上也可产生尿素酶。88%的鹿角型结石患者在诊断时被发现有尿路感染,其中82%的患者感染上了可产生尿素酶的细菌。尿素酶将尿素分解为二氧化碳和氨。结果使尿氨增加,损伤了氨基多糖(GAG)层,促进了细菌粘附和鸟粪石结晶的形成,后者聚集形成肾脏结石和导尿管上的硬壳。