早期病变为软骨变性，最初软骨基质内水分增加，软骨细胞增殖活跃，随之可见软骨细胞坏死及软骨基质破坏。从动物实验性骨关节炎观察到，上述病变发生之前先有软骨下的骨小梁微骨折，软骨下的骨质为松质骨，它对应力的抵抗能力只是皮质骨的1/10，微骨折吸收了应力，保护了关节面，但反复微骨折愈合后产生骨硬化，继之而来的是关节软骨的一系列病变。软骨细胞损伤之后，就不能产生正常的软骨基质，同时又可释放出破坏性酶，使病变发展。软骨变色、软化、脱落，骨面暴露并且硬化。软骨边缘、关节囊和韧带附着处有保护性新骨增生，产生骨刺和骨赘。骨刺或骨赘脱落即成关节内游离体（关节鼠）。晚期滑膜肥厚。