Возбудителями болезни являются два вида головневого гриба Tilletia tritici Wint. и Tilletia levis Kuhn.
Различие их состоит только в строении спор. Оба вида гриба твердой головни поражают больше озимую и меньше яровую пшеницу.
Пораженные головней колосья по внешнему виду мало отличаются от здоровых. У больных растений сохраняются колосковые чешуи и оболочки зерен. Только при созревании зараженные колосья пшеницы стоят прямо и не поникают под тяжестью зерна, как это наблюдается у здоровых колосьев. Во время обмолота и сортировки головневые мешочки разламываются, и споры высыпаются из них и прилипают к здоровым семенам. Таким путем происходит заражение здоровых зерен твердой головней. Если здоровые семена с прилипшими к ним спорами высеваются в почву, то вместе с ними прорастают и головневые споры. Росток спор проникает в молодое пшеничное растение и поражает его. Во влажной и прогретой почве прорастание семян идет быстрее, чем головневых спор, и проростки пшеницы заражаются меньше. При холодной погоде споры головни прорастают быстрее зерен пшеницы, вследствие чего распространение болезни идет более интенсивно.
Разные сорта озимой пшеницы неодинаково устойчивы к твердой головне. На Маньковском энтомо-фитопатологическом сортоучастке Черкасской области в опытах с искусственным заражением твердой головней процент больных растений в 1959—1963 гг. составил: Белоцерковской 198 от 9 до 53, Безостой 1 от 8 до 24, Мироновской 808 от 25 до 52. На Березовском энтомо-фитопатологическом сортоучастке пшеница Одесская 16 была поражена от 9 до 52%, Белоцерковская 198—от 16 до 89, Безостая 1 — от 12 до 53%.
В производственных условиях Курской области озимая пшеница Белоцерковская 198 в 1966 г. была поражена твердой головней в колхозах «Новый путь» Пристенского района на 6,8%, «Путь к коммунизму» Тимского района — на 2,46%.