骨關節炎的發病機制復雜，相關研究表明免疫因素在骨關節炎的發病起重要作用，以下免疫變化與骨關節炎的發病關系密切。
一、關節軟骨的組成及其免疫原性
關節軟骨由軟骨細胞和細胞外基質組成，其中軟骨細胞是軟骨僅有的細胞成份，軟骨的代謝活動都依賴於它，而細胞外基質主要由膠原、蛋白多糖和輔助蛋白組成。膠原分子由3個以甘氨酸-X-Y序列為特征的a鏈組成，其中的甘氨酸殘基可以使a鏈相互扭轉形成超螺旋，它的這種天然結構具有很強的抗蛋白質降解的功能。
二、軟骨細胞的抗原遞呈作用
抗原遞呈細胞能夠幫助淋巴細胞對抗原進行識別和清除。T細胞只能識別 抗原遞呈細胞表面MHC分子遞呈的抗原，其中MHC分子有兩型(Ⅰ型、Ⅱ型)，分別遞呈內源性抗原和外源性抗原。
三、骨關節炎患者的細胞免疫和體液免疫
免疫學研究發現，骨關節炎患者滑膜中有單核細胞浸潤和淋巴細胞的聚積，浸潤的單核細胞主要是CD3+T細胞。在骨關節患者軟骨中，還發現有補體的沉積。有研究者認為已激活的補體CIS具有溶膠原作用，軟骨細胞還可以合成補體成份。近期，有研究者檢測出人類軟骨細胞C5a補體受體的表達，這種補體受體在關節炎患者中經常出現。
四、細胞因子和烷酸在骨關節炎發病機制中的作用
關於細胞因子在骨關節炎中的作用已經進行了廣泛的研究。導致骨關節炎中關節破壞的主要原因是合成和分解代解的失平衡，因此關節軟骨細胞外基質分解代謝的增加將最終導致關節退變。經過觀察發現，這種失平衡是由於病變關節部位細胞因子的異常活動所致。
