脊柱側凸的病理改變，並不局限於椎骨。它可累及椎旁、椎間組織，肋骨、胸廓、椎管及心肺等髒器的改變。不同的病因，不同的程度，其病理改變亦各不完全相同，現將相同的病理改變分述如下：
1、椎骨的改變
椎骨的畸形是脊柱側凸的基本病理改變，除先天性側凸外，側凸患者常隨側凸的加重而產生椎體兩側或椎體前後的高度不等，即楔形改變，左右楔變形成側凸，前後楔變，常常是前側高度減少，造成後凸，若兩者合並存在則形成側後凸。椎體兩側不對稱，凸側增大，凸側椎弓根增粗增長，同側的橫突隆起，椎板增厚，而凹側椎弓根變短，使椎管呈凸側長凹側短而近似橫三角形。棘突偏離中線而倒向凹側。整個椎骨向後旋轉。
2、肋骨與胸廓的改變
隨著椎骨的旋轉，肋骨產生一側隆起，一側平陷，凸側的肋椎角變銳，而凹側的肋椎角增大，凸側肋間隙變寬，凹側肋間隙變窄。由於凸側肋骨隆起，肋骨角度變小，因而胸廓畸形，凸側胸腔變窄。肋骨本身也常由扁平形改變為三角形。
3、椎間盤改變
椎間盤的形態隨著椎體的楔變而楔變。在凸側椎間盤增厚，纖維環層次增多，而凹側間盤變矮，纖維環變薄，而髓核移向凸側。盡管椎間盤在顯微鏡下改變不大，但文獻報告側凸患者椎間盤中氨基乙糖含量明顯減少。相反，酸性磷酯酶含量增加。同時側凸可以引起間盤蛋白糖結構變化。
4、椎管的改變
由於脊柱側凸，生理曲線消失，椎管變形，使脊髓及神經根弛張不一，脊髓偏離椎管中央，常偏向凹側，緊貼凹側椎弓根旁，因而畸形加重，可產生脊髓受壓或神經根牽拉。
5、椎旁肌改變
脊柱側凸患者常伴有椎旁肌萎縮，兩側不等，凹側更為明顯。在顯微鏡下觀察，有些肌肉有變性，橫紋消失，肌核減少，間隙纖維增生。有些學者發現側凸患者的椎旁肌部分肌梭結構發生改變，在側凸角度大於50°者更為明顯。有些學者認為特發性脊柱側凸是肌源性的。
6、胸腔內髒改變
主要是肺髒和心髒的功能改變，由於脊柱側凸，椎體旋轉，引起胸廓畸形及呼吸肌疲勞，肺擴張相應受限。肺功能障礙後，可導致缺氧，低氧血症又可引起血球體積增大，進而導致血粘度增高，微循環阻力加大，肺動脈壓升高，右心負荷加大。嚴重者最後可導致心肺功能衰竭。
