Verdensmesteren fra 2011 var en av medaljekandidatene i mesterskapet, som arrangeres i Richmond i USA 27. september.
– Jeg er helt knust over å måtte trekke meg på grunn av skulderskaden jeg pådro meg i forrige uke, skriver syklisten selv på Twitter.
Cavendish ble skadet i skulderen da han kjørte inn i en stillestående bil under den sjette etappen av Storbritannia rundt. Det er samme skulder som han skadet under fjorårets Tour de France.
– Dette er et hardt slag for Mark, for vi trodde han hadde en veldig god sjanse til å lykkes. Dessverre er skaden verre enn vi hadde trodd, sier britenes tekniske direktør, Shane Sutton, til Sky Sports.
Forfallet betyr at Alexander Kristoff slipper en av utfordrerne til medaljene.