骨關節的病變一般較為緩慢。一是軟骨細胞的數目逐年減少，二是建造軟骨的醣蛋白質的流失，從而遲緩了關節軟骨組織的新陳代謝，使得新生合成的速度追不上體內分解破壞的速度，導致軟骨組織愈來愈薄，並在其表面發生不平滑、粗糙、糜爛的現象。這樣薄弱的關節結構很容易受傷，使得吸收壓力的功能（彈性力）大為降低，甚而消失，最終便產生了酸痛甚至難以活動的地步。具體的病變情況：
1）“關節軟骨完整性破壞”：當人體逐步老化或創傷或疾病時，關節軟骨中Ⅱ型膠原纖維出現退化，隨後逐漸出現斷裂而變短，致使關節軟骨失去了彈性。接著便進一步發生裂縫，大疱，糜爛與潰瘍，從而使軟骨表面呈毛刷狀，粗糙不堪。不光滑的軟骨面相互摩擦，便加劇軟骨的磨損，
膝關節於是關節軟骨便遭到完整性的破壞。
2）軟骨下骨板的病變：隨著疾病的發展，因軟骨脫落使軟骨下骨板裸露，並可在軟骨骨板下出現大小不等的囊性變，這些囊性變會穿破骨板伸向關節腔內，使關節軟骨面進一步殘缺不全，此時病變已從軟骨擴展至整個骨組織，表明疾病已經惡化。
3）關節邊緣的骨質增生的：病變由軟骨及骨組織開始，逐漸漸影響到滑膜與韌帶甚至關節囊等關節的各部份。軟骨破壞伴隨有修復與增生，故滑膜與韌帶的病變會使它們在附著點發生骨質增生，附著與增生的位置都在關節的邊緣，在X線片上可看到關節邊緣有唇狀骨質增生。但是數十年的關節活動使關節囊與韌帶不斷的受到牽拉，也可以出現有骨性附著點的骨質增生，故不能僅以“骨質增生”便診斷為骨關節炎。而骨關節炎必須有其他的症狀和體征。
六大因素引發關節炎
1、年齡因素：膝關節在人體中負重大，隨年齡增大膝關節囊萎縮、變性和纖維化，關節變得僵硬而不靈活，滑液分泌異常，引起軟骨細胞營養不足，軟骨內水分的含量下降，軟骨的主要成分黏多糖也減少，關節軟骨缺乏彈性，則容易受到磨損而破碎。為了適應膝關節承受力的需要，關節軟骨邊緣有骨質增生，即老年人的骨性關節炎的發生。
2、內分泌因素：內分泌疾病患者，膝關節長期受到輕微的不容易注意的外傷，過度的不適當運動等，皆是造成膝關節載荷、傳導的紊亂，引起膝關節軟骨退行性變，繼發膝關節骨性關節炎。
3、肥胖因素：本病與體重超負荷相關，更年期婦女體重增加可促使骨性關節炎的發生。
4、創傷：膝關節內骨折、脫位、半月板或韌帶損傷皆可造成膝關節的不穩定，是繼發性膝關節骨性關節炎的原因。
5、炎症：膝關節化膿性關節炎及結核、類風濕性關節炎等，即使炎症消退，關節軟骨面也受到不同程度的損害，如關節仍保持相當的活動度，多繼發骨性關節炎。
6、關節異常：膝關節內翻與外翻畸形、大骨節病、多發性骨骺發育不良等皆能繼發本病。
