患有甲状腺机能亢进症的患者，有可能会引起眼球球后组织中脂肪组织及纤维组织增多，其中黏多糖沉积，还有透明质酸也会增加，淋巴细胞和浆细胞也会浸润，可导致眼肌纤维增粗、纹理模糊、脂肪增多，肌纤维透明变性、断裂、破坏，基细胞内黏多糖和透明质酸也会增多。
此时在病变早期，多以炎性细胞浸润和脂肪增多为主，而在后期就可出现纤维组织增生和纤维化，患者就可出现明显突眼。