肺气肿患者的肺组织弹性减退，肺泡持续扩大、回缩障碍，残气量占肺总量的百分比增加。肺泡周围毛细血管受肺泡膨胀的挤压而退化，致使毛细血管大量减少，肺泡间的血流量减少，此时肺区虽然有通气，但血流灌注减少，导致生理无效腔气量增大；也有部分肺区虽有血流灌注，但肺泡通气不良，不能参与气体交换，导致静动脉分流，产生通气与血流比例失调，发生不同程度的低氧血症。