关节退行性变的早期改变始于软骨，为缓慢发生的软骨变性、坏死和溶解，逐渐被纤维组织或纤维软骨所代替。
软骨表面不光滑、变薄，甚至可碎裂，碎片可游离于关节腔内，并可发生钙化和骨化，可形成关节内游离体。软骨广泛变性、坏死可引起关节间隙狭窄，继而造成骨性关节面骨质增生硬化，并于骨缘形成骨赘，关节囊肥厚、韧带骨化。
早期X线表现主要是骨性关节面模糊、中断、消失，中晚期表现为关节间隙狭窄、软骨下骨质囊变和关节非负重部位形成明显的骨赘，严重者可导致关节变形，不发生明显骨质破坏，一般无骨质疏松。
MRI检查在关节退行性变时，可明确显示关节软骨变薄或缺损、关节间隙变窄，还可见骨性关节面中断或局部增厚。