骨關節炎發病機制如下：
一、軟骨病變
一般認為軟骨是骨關節炎最早發生病變的部位。開始出現局灶性軟骨表層軟化，表面租糙，呈灰黃色，失去正常彈性，並呈小片狀脫落，表面有不規則的小凹或線帚樣小溝，多見於負荷最重處。進一步發展出現軟骨面微小裂隙，明顯粗糙和糜爛，逐漸形成潰瘍，潰瘍的大小、形態及深淺不一，深者可達骨質，受累范圍廣泛者可見軟骨大部脫失，有的軟骨細胞或骨贅脫落，在關節內形成游離體。
二、骨質改變
軟骨剝脫，軟骨下骨板暴露，骨面下骨髓內血管和纖維組織增生，不斷產生新骨，沉積於裸露骨面下，形成硬化層，骨質致密，表面光滑如象牙。硬化區在壓應力的作用下，骨質會發生微骨折、壞死、囊性變。軟骨邊緣處出現骨贅新生物，軟骨下骨髓內骨質增生，骨質內囊腫形成是本病的一大特點。晚期由於關節面嚴重破壞、骨贅繼續增生，加上關節囊產生纖維變性和增厚，限制關節的活動。周圍肌肉因疼痛產生保護性肌痙攣，關節活動受到進一步限制，關節處於畸形位。關節間隙變窄，可出現關節半脫位，內側軟組織攣縮，功能障礙，最終形成纖維性強直。
三、骨關節炎滑膜改變
早期可有滑膜充血，局限性淋巴細胞及漿細胞浸潤。後期軟骨及骨質病變嚴重，關節滑膜襯裡層明顯增厚，滑膜細胞層數增多，形成多發、重疊等，呈絨毛樣增生並失去彈性，其內可埋有破碎的軟骨或骨質小塊.並可引起異物巨細胞反應。關節面上生物應力平衡失調，有的部位承受應力較大，有的部位較小，應力平衡失調導致骨軟骨及關節囊、滑膜的進一步破壞，形成惡性循環，病變不斷加重。
