骨关节的病变一般较为缓慢。一是软骨细胞的数目逐年减少，二是建造软骨的醣蛋白质的流失，从而迟缓了关节软骨组织的新陈代谢，使得新生合成的速度追不上体内分解破坏的速度，导致软骨组织愈来愈薄，并在其表面发生不平滑、粗糙、糜烂的现象。这样薄弱的关节结构很容易受伤，使得吸收压力的功能（弹性力）大为降低，甚而消失，最终便产生了酸痛甚至难以活动的地步。具体的病变情况：
1）“关节软骨完整性破坏”：当人体逐步老化或创伤或疾病时，关节软骨中Ⅱ型胶原纤维出现退化，随后逐渐出现断裂而变短，致使关节软骨失去了弹性。接着便进一步发生裂缝，大疱，糜烂与溃疡，从而使软骨表面呈毛刷状，粗糙不堪。不光滑的软骨面相互摩擦，便加剧软骨的磨损，
膝关节於是关节软骨便遭到完整性的破坏。
2）软骨下骨板的病变：随着疾病的发展，因软骨脱落使软骨下骨板裸露，并可在软骨骨板下出现大小不等的囊性变，这些囊性变会穿破骨板伸向关节腔内，使关节软骨面进一步残缺不全，此时病变已从软骨扩展至整个骨组织，表明疾病已经恶化。
3）关节边缘的骨质增生的：病变由软骨及骨组织开始，逐渐渐影响到滑膜与韧带甚至关节囊等关节的各部份。软骨破坏伴随有修复与增生，故滑膜与韧带的病变会使它们在附着点发生骨质增生，附着与增生的位置都在关节的边缘，在X线片上可看到关节边缘有唇状骨质增生。但是数十年的关节活动使关节囊与韧带不断的受到牵拉，也可以出现有骨性附着点的骨质增生，故不能仅以“骨质增生”便诊断为骨关节炎。而骨关节炎必须有其他的症状和体征。
六大因素引发关节炎
1、年龄因素：膝关节在人体中负重大，随年龄增大膝关节囊萎缩、变性和纤维化，关节变得僵硬而不灵活，滑液分泌异常，引起软骨细胞营养不足，软骨内水分的含量下降，软骨的主要成分黏多糖也减少，关节软骨缺乏弹性，则容易受到磨损而破碎。为了适应膝关节承受力的需要，关节软骨边缘有骨质增生，即老年人的骨性关节炎的发生。
2、内分泌因素：内分泌疾病患者，膝关节长期受到轻微的不容易注意的外伤，过度的不适当运动等，皆是造成膝关节载荷、传导的紊乱，引起膝关节软骨退行性变，继发膝关节骨性关节炎。
3、肥胖因素：本病与体重超负荷相关，更年期妇女体重增加可促使骨性关节炎的发生。
4、创伤：膝关节内骨折、脱位、半月板或韧带损伤皆可造成膝关节的不稳定，是继发性膝关节骨性关节炎的原因。
5、炎症：膝关节化脓性关节炎及结核、类风湿性关节炎等，即使炎症消退，关节软骨面也受到不同程度的损害，如关节仍保持相当的活动度，多继发骨性关节炎。
6、关节异常：膝关节内翻与外翻畸形、大骨节病、多发性骨骺发育不良等皆能继发本病。
