天花刚开始也许只是家畜身上一种相对无害的痘病毒，经过逐渐进化和适应后才形成了天花这种人类疾病。而在往后，人们逐渐发现了类似牛痘感染人类的偶然情况。天花这种致命的适应过程可能发生在人类进入农业时代之后，人们开始驯养新的动物，并和动物生活在一起，而且常常就在同一所房。天花也可能起源于人类与野生动物的接触，这就像今天中非地区的少数人被猴痘感染一样。
常见的病毒是大天花病毒，大天花是天花的一种，也是正痘病毒的一种。除大天花外天花还分为中天花和小天花。大天花、中天花和小天花的病症完全相同，传染方式也一模一样。它们的区别在于感染大天花的患者大约25%都会死亡，中天花的致命率约为12%，而感染小天花的只有1%有生命危险。
感染天花病毒后的潜伏期平均约为12天（7-17天）。感染后的初期症状包括：高烧、疲累、头疼及背痛。2-3天后，会有典型的天花红疹明显地分布在脸部、手臂和腿部。在发疹的初期，还会有淡红色的块状面积伴随疹子而出现。病灶在几天之后开始化脓，直到第2个星期开始结痂。接下来的3-4周慢慢发展成疥癣，然后慢慢剥落。
症状良性天花症状在患者受感染后的第一周内，病毒只在其体内安静的展开活动。患者身上不会有任何病象，而且就算他怀疑自己可能受到了感染，他也没办法确定。到了第九天左右，染病的第一批征兆开始出现：头痛、发烧、反胃、背痛，有时还伴随着一些痉挛或神经错乱。
在此潜伏期内，一些患者还会做噩梦，持续三四天不等。肤色白皙的患者脸上常常会出现一团团散开的深红色斑，有时还会遍及周身。潜伏期结束，患者高烧减退，并暂时感觉病情好转，也正是此时，天花病毒开始在患者身上生出其标志性的红疹，以宣告其存在。通常情况下，这些扁平的浅红色痘点最初出现在患者脸部，接着迅速扩散到胳膊、胸部、背部，最后到达腿部。
而脸部、前臂及腿部的疹子又要比身体中心部位的密集。之后几天内，扁平的痘疹开始肿胀，先是丘疹，接着变成水疱，然后是脓疱，之后脓包干裂，开始变成硬壳或结痂，而此过程也使疼痛难耐的可怜的患者变成了一只丑陋的全身肿胀的怪物。最严重时，这些脓包密集成堆。使患者的皮肤变得蜡黄。在皮肤白皙的患者身上水疱或早期的脓包周围会有一圈淡淡的红晕；而在丘疹期，整个出疹的皮肤都会变红。许多患者在出疹的头几天就会死去，其他人最多坚持一个星期也会很快丧命，有些人则甚至在红疹出现前就被送进了坟墓。
人们一旦被传染，也就只能听天由命。爆发性天花症状爆发性感染患者通常在3到5天内就会死亡，其致死原因一般为无法控制的毒血症，或大出血。在大出血情况下，患者体内血液大量流入皮肤、喉咙、肺、肠或子宫。这样的患者身上不会出现典型的丘疹或水疱状突起，而只是平常的红色或紫色斑痕、瘀点或麻疹样的红斑。这些症状在人体受到与多严重感染、凝血机能受到严重破坏时也会出现。在其他恶性感染情况下，天花病毒在组织层或皮肤深层受到严重破坏时造成扩散性破坏，患者在出现症状后10至14天内死亡，其时浑身脓包，有时脓包还会融合。而良性感染患者的病损则局限在表皮层，这样不易引起继发性细菌感染。
天花由同名病毒——天花病毒（Variola virus）引起。之所以在历史上造成如此之大的伤害与天花的特性密切相关。天花病毒繁殖速度快，而且是通过空气传播，传播速度惊人。带病毒者在感染后1周内最具传染性，因其唾液中含有最大量的天花病毒。但是直到病人结疤剥离后，天花还是可能透过病人传染给他人。
天花病毒有不同的品种，对人类会造成不同程度的感染。大多数的天花患者会痊愈，死亡情形常发生在发病后1或2周内，约有30%的死亡率。
1980年5月世界卫生组织宣布人类成功消灭天花。这样，天花成为最早被彻底消灭的人类传染病，同时，人类对天花的了解也是最少的。
在1980年经过一个全球范围的疫苗接种运动而被彻底消灭之前，天花曾夺去数百万人的生命。而这些病毒样本仅被合法储存在美国和俄罗斯的两个地方。
现在的新生儿都不接种牛痘了。只有研究天花的科学家、特定的医护人员以及有可能接触到这种病毒的其他人群才接种，因为接种牛痘可能引起严重的副作用（尽管很少见）。各国政府可以存有疫苗，由于这些疫苗中并不包含天花病毒，因此并不违反国际协定。
