肺源性心脏病发病机制包括肺动脉高压形成和心脏病变及心力衰竭两方面。肺动脉高压形成有功能性因素（缺氧、高碳酸血症）、解剖学因素（肺血管床减少、肺小动脉重构）、血液黏稠度增加和血容量增多；心脏病变和心力衰竭包括右心病变（肺动脉高压致右心代偿、失代偿）和左心病变（缺氧、高碳酸血症致左心功能障碍）。
一、肺动脉高压的形成
1.功能性因素
缺氧：各种慢性呼吸系统疾病导致肺通气或换气功能障碍，引起机体缺氧。缺氧可使肺血管平滑肌收缩，肺血管阻力增加。例如，慢性阻塞性肺疾病患者长期处于缺氧状态，缺氧时平滑肌细胞膜对钙离子的通透性增加，细胞内钙离子浓度升高，导致平滑肌收缩，肺血管阻力增高。缺氧还能使内皮细胞释放缩血管物质如血栓素A（TXA）增加，舒张血管物质如前列环素（PGI）减少，进一步加重肺血管收缩。不同年龄、性别、生活方式及病史的人群，若存在呼吸系统疾病导致缺氧，都可能引发这一功能性肺血管收缩改变。对于儿童患者，先天性心脏病等导致的呼吸系统相关缺氧，也会影响肺血管功能；女性在妊娠期等特殊生理状态下，若合并呼吸系统疾病缺氧，也可能影响肺血管情况；长期吸烟的人群，本身呼吸道功能受影响，缺氧时更易出现肺血管收缩。
高碳酸血症：慢性呼吸衰竭时，PaCO升高，可使血液中氢离子浓度增加，导致肺血管收缩。高碳酸血症时，二氧化碳扩散进入细胞内，使细胞内pH降低，作用于平滑肌细胞，使其收缩；同时，高碳酸血症还可通过刺激颈动脉体和主动脉体化学感受器，反射性地使肺血管收缩，增加肺血管阻力。
2.解剖学因素
肺血管床减少：慢性阻塞性肺疾病等引起的反复气道感染和炎症，可累及肺小动脉，使血管壁增厚、管腔狭窄或纤维化，甚至完全闭塞，导致肺血管床减少。例如，长期的肺部感染破坏肺组织，包括肺小动脉周围的组织，使得肺小动脉结构发生改变，肺循环阻力增大。不同年龄人群，如老年患者肺组织本身弹性等功能下降，更易出现肺血管床减少；有长期肺部疾病病史的人群，肺血管床减少的情况可能更严重。
肺小动脉重构：缺氧等因素可导致肺小动脉重构，表现为无肌型细动脉肌化及肌型小动脉中膜增厚、壁腔比增加。例如，缺氧刺激肺内多种细胞释放生长因子，如血小板衍生生长因子（PDGF）、转化生长因子-β（TGF-β）等，这些生长因子作用于血管平滑肌细胞、内皮细胞等，促进血管平滑肌细胞增殖、迁移，细胞外基质沉积，导致血管壁增厚，管腔狭窄，肺血管阻力增加。
3.血液黏稠度增加和血容量增多
血液黏稠度增加：慢性缺氧可导致红细胞增多，血液黏稠度增加，血流阻力增大。例如，长期缺氧刺激肾脏分泌促红细胞生成素增加，使红细胞生成增多，血液黏稠度升高，肺循环阻力增加。不同性别方面，一般无明显差异，但在特殊生理状态下如女性妊娠期，若合并慢性缺氧，红细胞增多可能更明显；年龄较大的人群，骨髓造血功能等可能有所下降，但长期缺氧仍可刺激红细胞生成。
血容量增多：慢性缺氧可使继发性红细胞增多，血液黏稠度增加，同时缺氧导致醛固酮分泌增加，肾小管网重吸收钠增多，以及肾小动脉收缩，肾血流减少，导致水、钠潴留，血容量增多，加重肺动脉高压。
二、心脏病变和心力衰竭
1.右心病变
肺动脉高压形成后，右心发挥代偿功能，以克服升高的肺动脉阻力而发生右心室肥厚。随着病情进展，特别是急性加重期，肺动脉压力持续升高，超过右心室的代偿能力，右心失代偿，右心排出量下降，右心室舒张末期压力增高，导致右心室扩大和右心衰竭。例如，长期肺动脉高压使右心室后负荷增加，心肌细胞肥大、增生等，当超过一定限度，心肌收缩力下降，出现右心功能不全。不同年龄人群，儿童若存在先天性心脏病导致的肺动脉高压，右心病变的发生发展可能有其自身特点；老年患者心脏功能本身有所减退，右心病变可能进展相对较快。
2.左心病变
肺源性心脏病患者病情严重时，缺氧和高碳酸血症等可影响左心功能。缺氧可使左心室心肌受损，高碳酸血症可引起心肌抑制等，导致左心室功能障碍，进而出现左心衰竭。例如，长期缺氧使心肌细胞能量代谢障碍，影响心肌的收缩和舒张功能；高碳酸血症时，酸碱平衡失调，影响心肌的电生理活动和收缩功能。
