慢性阻塞性肺疾病具有气流受限不完全可逆且进行性发展、肺部慢性炎症、氧化应激与抗氧化失衡、肺过度充气等主要特征，气流受限因气道炎症等致呼气气流排出受阻且渐重；气道、肺实质和肺血管有慢性炎症反应；氧自由基产生多超机体清除能力致肺细胞损伤；残气量增加致肺过度充气，影响肺功能及可能引发并发症，不同年龄患者受影响不同，吸烟及有既往肺部疾病史者风险更高。
主要是由于气道炎症导致气道狭窄、黏液分泌增多等，使得呼气时气流排出受阻，这种气流受限在吸入支气管扩张剂后仍不能完全改善，并且会随着病情进展逐渐加重。例如长期吸烟的慢性阻塞性肺疾病患者，其气道持续受到香烟中有害物质的刺激，炎症不断持续，气道壁结构逐渐破坏，气流受限情况会越来越严重。从病理生理角度看，气道炎症细胞浸润，如中性粒细胞、巨噬细胞等聚集，释放多种炎症介质，导致气道黏膜水肿、平滑肌痉挛、黏液分泌亢进，进而引起气流受限进行性发展。
肺部慢性炎症
气道、肺实质和肺血管存在慢性炎症反应。气道内有大量炎性细胞浸润，如中性粒细胞、淋巴细胞等。炎症持续存在会不断损伤气道上皮细胞，破坏气道的正常结构和功能。例如炎症介质如肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-8等的释放，会进一步加重炎症反应，使气道炎症处于持续状态。在影像学上，可能会出现肺纹理增粗等表现，但主要是通过病理检查和临床症状及肺功能检查来综合判断肺部的慢性炎症情况。
氧化应激与抗氧化失衡
体内氧化应激增强，而抗氧化系统功能相对不足。吸烟、空气污染等因素会产生过多的氧自由基，超过了机体抗氧化酶（如超氧化物歧化酶等）和抗氧化剂（如维生素C、维生素E等）的清除能力。氧自由基会损伤肺部细胞，包括肺泡上皮细胞、气道上皮细胞等，导致细胞功能障碍和肺组织损伤。例如氧自由基可使细胞膜脂质过氧化，破坏细胞膜结构和功能，影响细胞的正常代谢和生理功能，进而促进慢性阻塞性肺疾病的病理发展过程。
肺过度充气
由于气流受限，呼气时不能充分排出气体，导致肺内残气量增加，出现肺过度充气。表现为胸廓前后径增大，呈桶状胸。肺过度充气会影响肺的通气和换气功能，使肺的弹性回缩力降低。例如在胸部影像学上可见肺野透亮度增加，肋间隙增宽等。肺过度充气还会对心脏产生影响，导致右心负荷增加，进而发展为肺源性心脏病等并发症。对于不同年龄的患者，儿童慢性阻塞性肺疾病相对少见，但一旦发生肺过度充气可能会影响其生长发育，因为肺过度充气会限制胸廓的正常发育空间；对于老年患者，肺过度充气会进一步加重呼吸困难等症状，影响其生活质量，增加心肺功能衰竭的风险。在生活方式方面，吸烟的慢性阻塞性肺疾病患者肺过度充气情况往往更严重，因为吸烟会持续加重气道炎症和气流受限。有既往肺部疾病病史的患者，如支气管哮喘未良好控制等，发生慢性阻塞性肺疾病后肺过度充气的风险更高，需要更加密切监测肺功能变化。
