Возбудитель болезни — базидиальный гриб Ustilago avenae Jens.
Его телиоспоры шаровидные или короткоэллиптические, диаметром 3,6-8,1, чаще 5,4 мкм, со светло-коричневой мелкощетинистой оболочкой. Прорастают они при температуре от 5 до 35°C (оптимум 25°C), минуя период покоя.
Во время цветения овса телиоспоры попадают на рыльце пестика или завязь, где прорастают, образуя четырехклеточную базидию с эллиптическими базидиоспорами на стеригмах. Базидиоспоры обычно многократно почкуются и образуют многочисленные споридии. Последние копулируют и дают инфекционные гифы, которые проникают не в зародыш, а под пленки и в перикарпий зерна. Здесь гифы распадаются на отдельные клетки различной формы (геммы), которые сохраняются в зерне до сева.
В почве при прорастании зерна начинают расти и геммы, образуя новую грибницу. Последняя проникает в проросток и, достигнув точки роста растения, диффузно развивается в нем, а в период формирования метелки обильно разрастается, превращая все пораженные органы в споровую массу. Таким образом, овес заражается возбудителем пыльной головни только в период прорастания зерна.
Вредоносность пыльной головни проявляется в значительном недоборе урожая, особенно на поздних посевах.