O nome febre amarela surgiu porque a lesão no fígado leva à icterícia, que dá uma tonalidade amarelada à pele do paciente. Dois dias após a inoculação da vacina, aumentam vários mediadores inflamatórios como o fator de necrose tecidual, e várias interleucinas.
O pico da viremia ocorre em 5 a 6 dias, e o pico de mediadores inflamatórios ocorre após uma semana. A liberação desses mediadores inflamatórios é que causa o quadro clínico semelhante a um episódio de gripe. A doença causa hemorragias em fígado, rins e estômago, o que pode levar a vômitos com sangue. A desidratação e a lesão renal podem levar à insuficiência renal. No coração, a doença pode causar uma miocardite com insuficiência cardíaca e arritmias. As hemorragias se devem à lesão do fígado, órgão que produz os fatores de coagulação, e a alterações das plaquetas e da parede dos vasos (endotélio).
Há uma imunidade heteróloga, ou seja, quem já teve dengue pode ter uma proteção parcial à infecção pela febre amarela. A doença é mais grave em pessoas jovens e idosos.