Le SHU D+ est caractérisé par une phase prodromique avec de la diarrhée (90 à 95 % des cas), des vomissements (30 à 60 % des cas), des douleurs abdominales, parfois de la fièvre (30 % des cas). La diarrhée devient hémorragique dans 70 % des cas après un jour ou deux. Le SHU survient en moyenne 6 jours (2 à 14 jours) après le début de la diarrhée. Soixante dix pour cent des patients ont besoin d'être transfusés, et 50 à 60 % ont besoin d'être dialysés à la phase aiguë.
L'interrogatoire vise à repérer le mode de contamination. Les STEC colonisent l'intestin des bovins, et d'autres animaux tels que les chèvres ou les chevaux. Les patients contractent l'agent infectieux en consommant du lait ou des produits laitiers non pasteurisés, de la viande (essentiellement steak haché insuffisamment cuit), de l'eau (eau de puits, de baignade dans un lac, une mare ou une piscine d'eau non chlorée), des fruits ou des légumes contaminés. La contamination se fait aussi par contact avec des animaux et leurs excréments. La transmission de personne à personne dans une famille ou en crèche est fréquente, et explique les cas qui surviennent chez de très jeunes enfants.

Un diagnostic précoce est essentiel, et impose l'hospitalisation dans un service où la mise en route d'une dialyse péritonéale ou d'une hémodialyse chez un jeune enfant est routinière.
Des complications extrarénales sont possibles. Environ 20 % des patients ont une atteinte du système nerveux central de gravité variable, avec une torpeur, une altération mentale, des convulsions, une hémiparésie ou une hémiplégie, une cécité corticale, et au maximum un coma et des signes de décérébration. L'imagerie par résonance magnétique (IRM) cérébrale montre dans les cas les plus graves des zones ischémiques puis nécrotiques irréversibles, conduisant au décès lorsqu'elles sont diffuses et/ou touchent le tronc cérébral. Mais une récupération neurologique complète est possible, lorsque les lésions cérébrales ischémiques sont réversibles. Une atteinte gastro-intestinale grave est observée dans 5 à 10 % des cas : prolapsus rectal + anite, colite hémorragique prolongée, perforation ou nécrose intestinale parfois étendue (nécrose colique complète ou iléocolique étendue), éventuellement révélatrice du SHU, sténose colique post ischémique, pancréatite aiguë nécrosante avec ou sans diabète. Une défaillance cardiaque et/ou des troubles du rythme, d'origine ischémique, avec tableau de cardiomyopathie et taux élevé de troponine, sont possibles.

La mortalité a diminué avec les progrès des techniques de dialyse et de la réanimation chez les petits enfants, mais elle reste de 2 à 5 % dans certaines séries, 1 à 2 % en France. C'est l'atteinte du SNC qui est actuellement la principale cause de mortalité. La présence à l'admission d'une léthargie, d'une anurie ou d'une oligurie, de convulsions, d'une polynucléose > 20 000/mm3 est prédictive d'un risque élevé de décès.
Le risque d'évolution d'emblée ou en quelques années vers l'insuffisance rénale terminale est d’approximativement 10%. A moyen terme (recul de l'ordre de 8 ans), une insuffisance rénale chronique (filtration glomérulaire inférieure à 80 ml/min/1,73 m2) est observée dans 25 % des cas, une hypertension artérielle séquellaire dans 10 % des cas, une protéinurie dans 15 % des cas. Ces patients sont à haut risque d’évolution vers l’insuffisance rénale terminale 20 à 30 ans après le SHU. Les éléments prédictifs d'un mauvais pronostic rénal sont à la phase aiguë la nécessité de dialyse, une durée de dialyse de plus de 5 jours ou une durée d'oligurie de plus de 10 jours, une polynucléose supérieure à 20 000/mm3, une atteinte du SNC, une atteinte intestinale sévère.

Plusieurs cas de SHU sévères, avec défaillance multiviscérale liée à des lésions de MAT diffuses, ont été rapportés chez des enfants et des adultes ayant une pyélonéphrite aiguë à STEC, avec septicémie. Ces faits imposent la réalisation d'un examen cytobactériologique des urines chez tout patient fébrile atteint de SHU. Une antibiothérapie mise en route très rapidement peut permettre une évolution favorable.

Les infections à Shigella dysenteriae type 1 productrice de la toxine de shiga (Stx 1) sont les responsables habituelles des SHU en Asie et en Afrique, et peuvent être rencontrées en France chez des patients revenant de ces pays. Ces SHU sont souvent associés à une bactériémie (20 % des cas), un choc septique et une coagulation intravasculaire disséminée. Le taux de mortalité est de 20 à 40 % et une insuffisance rénale séquellaire est observée dans 40% des cas Une déshydratation catastrophique, une hyponatrémie profonde, des complications au niveau du système nerveux central, ainsi que les comorbidités et les difficultés d'accès aux soins contribuent à ce pronostic sévère.

Une forme particulière de SHU est associée aux infections invasives à Streptococcus pneumoniae. La prévalence la plus élevée est observée chez les enfants de moins de 2 ans. Le SHU survient en association avec une pneumonie et/ou un empyème dans 70 % des cas, une méningite dans 30 % des cas, une association des deux dans 5 % des cas, les prélèvements bactériologiques, en particulier les hémocultures, étant positifs à Streptococcus pneumoniae.
Le rôle du Thomsen-Friedenreich cryptantigen (dit antigène T) est prédominant. Cet antigène est un composant de la surface des globules rouges, des plaquettes et des cellules endothéliales glomérulaires, où il est normalement recouvert par l'acide neuraminidique. La neuraminidase produite par les pneumocoques clive l'acide n-acétyl neuraminique des surfaces cellulaires et expose l'antigène T. Les anticorps immunoglobuline M (IgM) préformés de l'hôte se fixent alors sur l'antigène T, ce qui entraîne une agglutination des globules rouges et, très probablement, initie la cascade d'événements aboutissant au SHU.
Dans la pratique, la positivité du test d'activation-T est prédictive du risque de SHU dans les infections invasives à pneumocoque. Par ailleurs, le test de Coombs direct est positif dans 90 % des cas, l'exposition de l'antigène T entraînant diverses interactions antigène–anticorps au niveau des membranes des globules rouges.
La mortalité au cours des 20 dernières années était de l'ordre de 10 %, principalement liée aux complications de la méningite. L'évolution vers l'insuffisance rénale définitive est observée dans 10 % des cas, et environ 20 % des enfants gardent une insuffisance rénale chronique, ou une hypertension artérielle.

Le traitement symptomatique est systématique: