最早期的病理變化發生在關節軟骨。首先，關節軟骨局部發生軟化、糜爛，最後軟骨下骨外露，繼發骨膜、關節囊及關節周圍肌肉的改變，從而使關節面上生物應力平衡失調，有的部位承受應力較打擊也的部位較小，形成惡性循環，病變不斷加重。
1、關節軟骨關節鏡檢查時，正常的關節軟骨呈淡藍白色，透明、表面光滑，有彈性，邊緣規整，在關節炎的早期，軟骨表面為淡黃色，失去光澤，繼而軟骨表面粗糙，局部發生軟化，失去彈性，膠原纖維變性。在關節活動時發生磨損，軟骨可碎裂，脫落，軟骨下骨質外露。顯微鏡下觀：軟骨基質失去均質性，膠原纖維顯現，軟骨細胞腫脹，崩解，軟骨細胞的正常排列發生改變，軟骨面糜爛，剝脫，軟骨變薄。
2、軟骨下骨軟骨磨損最大的中央部位骨質密度增加，骨小梁增粗，呈象牙質改變，外圍部位承受壓力較小，軟骨下骨質發生萎縮，出現囊性改變，由於骨小梁的過程吸收，使囊腔擴大，周圍成骨反應而形成硬化壁。在軟骨的邊緣或肌腱附著處，因血管增生，通過軟骨內化骨，形成骨贅，即所謂“骨刺”。骨贅若破裂或關節軟骨剝脫，可形成關節內游離體。
3、滑膜滑膜的病理改變有兩種類型：
(1)增殖型滑膜炎：大量的滑膜增殖，水腫、關節液增多，肉眼觀呈葡萄串珠樣改變。
(2)纖維型滑膜炎：關節液減少量，葡萄串珠樣改變大部分消失，被纖維組織所形成的條索狀物代替。滑膜的改變不是原發病變，剝脫的軟骨片及骨質增生刺激滑膜引起炎症，促進滑膜滲出。
4、關節囊與周圍的肌肉關節囊可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痙攣，關節活動受到進一步限制，可發生畸形(屈曲型或脫位)。
