下肢深靜脈血栓形成有些病例起源於小腿靜脈，另有些病例起源於股靜脈、髂靜脈。
靜脈血栓形成所引起的病理生理改變，主要是靜脈回流障礙所發生的各種影響。靜脈血液回流障礙的程度取決於受累血管的大小和部位，以及血栓形成的范圍和性質。靜脈血栓形成後，在血栓遠側靜脈壓力升高所引起的一系列病理生理變化，如小靜脈甚至毛細靜脈處於明顯的郁血狀態，毛細血管的滲透壓因靜脈壓力改變而升高，血管內皮細胞內缺氧而滲透性增加，以致血管內液體成分向外滲出，移向組織間隙，往往造成肢體腫脹。如有紅細胞滲出於血管外，其代謝產物含鐵血黃素，形成皮膚色素沉著。 在靜脈血栓形成時，可伴有一定程度的動脈痙攣，在動脈搏動減弱的情況下，會引起淋巴郁滯，淋巴回流障礙，加重肢體的腫脹。 此外，在靜脈血栓形成過程中，所引起的靜脈本身及其周圍組織的炎症反應，血栓遠側靜脈壓迅速升高，使靜脈驟然擴張，因淋巴回流障礙造成下肢水腫，因靜脈血栓形成而造成的動脈痙攣，使肢體處於缺氧狀態，這一系列病理生理的變化，都能引起程度不等的疼痛症狀。
在靜脈血栓形成的急性期，當肢體六干靜脈血液回流受到障礙時，血栓遠側的高壓靜脈血，將利用所有通常不起重要作用的交通支增加回流。如大腿上部和腹下部的淺靜脈吻合支可通至對側軀干，向上可通過腹壁至奇靜脈和胸廓內靜脈系統。在深部，吻合支可通過骨盆靜脈叢抵達對側的髂內靜脈。這些靜脈的適應性擴張，促使血栓遠側靜脈血向心回流。
血栓的蔓延可沿靜脈血流方向，向近心端伸延，如小腿的血栓可以繼續伸延至下腔靜脈。當血栓完全阻塞靜脈主干後，就可以逆行伸延。血栓的碎塊還可以脫落，隨血流經右心，繼之栓塞於肺動脈，即並發肺栓塞。
另一方面血栓可機化，再管化和再內膜化，使靜脈腔恢復一定程度的通暢。血栓機化的過程，自外周開始，逐漸向中央進行。進行的程度參差不一。血栓退行性變化的發生，可能是血液內纖維蛋白溶酶發生作用的結果。也可能是細胞自溶作用和吞噬作用的結果。機化的另一重要過程，是內皮細胞的生長，並穿透入血栓，這是再管化的重要組成部分。在動物實驗中，曾觀察到2～5周即可導致靜脈再通，但瓣膜已受損。臨床觀察中，發現再管化是一個漫長的病程，約需8～15年。機體的最後結果，將使靜脈恢復一定程度的機能。但因管腔愛纖維組織收縮作用的影響，以及靜脈瓣膜本身遭受破壞，使瓣膜消失，或呈肥厚狀粘附於管壁，從而導致繼發性深靜脈瓣膜機能不全，產生靜脈血栓形成後綜合征。
中醫認為，本病是由於術後，產衙、外傷，或久臥而傷氣，氣傷而血行不暢，以致血熱阻於絡道，脈絡滯塞不通，水津外溢，流注下肢而成。
