膝关节骨质增生病变包括软骨的退行性变，软骨软化、糜烂，骨端暴露，滑膜、关节囊和肌肉的变化。
1． 关节软骨：正常的膝关节软骨为光滑的蓝白色，边缘规则、整齐。膝关节骨质增生早期关节软骨发生软化、失去弹性和光泽，颜色浅黄，活动时发生磨损，软骨发生碎裂、剥脱，致使软骨下骨外露，磨损小的外周软骨面出现增殖和肥厚，通过软骨内化骨而形成骨赘。
2． 软骨下骨：磨损较大的中央部分软骨下骨发生象牙质变，骨质密度增加而硬化，外围承受应力较小，软骨下骨发生萎缩，出现囊腔样病变。
3． 滑膜：滑膜表现为增殖、水肿，使膝关节内积液，含有较多的粘蛋白，比较粘稠。
4．关节囊和肌肉：关节囊发生纤维变性和增厚，关节周围的肌肉产生保护性痉挛，使膝关节活动受限。
