下肢深靜脈血栓形成有些病例起源于小腿靜脈，另有些病例起源于股靜脈、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于受累血管的大小和部位，以及血栓形成的范圍和性質。
靜脈血栓形成后，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于明顯的郁血狀態，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。如有紅細胞滲出于血管外，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癥反應，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，使肢體處于缺氧狀態，這一系列病理生理的變化，都能引起程度不等的疼痛癥狀。
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。