研究發現，當膝關節長時間單一動作超量運動之后，滑膜組織充血水腫，紅、白細胞及纖維素滲出與關節腔內壓升高及氧分壓下降呈正相關系，且當滲出速度超過滑膜代償性吸收速度時，關節積液，進而使關節腔內壓繼續升高，氧分壓繼續下降的惡性循環，久之滑膜退變脂肪化生等慢性無菌炎癥形成，從而認為，超量運動之后，創傷性滑膜炎的發生，不僅與關節面的重復揰擊，關節囊的損傷有關，而且在病程的發展及轉歸方面起著重要作用。
膝關節滑膜損傷后，滑膜呈現充血、水腫和中性粒細胞浸潤。滑膜血管擴張，血漿和細胞外滲，產生大量滲出液，同時滑膜細胞活躍，產生大量粘液素。滲出液中含有紅細胞、白細胞、膽紅質、脂肪、粘液素和纖維素等。嚴重者關節積液呈血性。關節腫脹及活動受限。如不及時處理，晚期可發生滑膜肥厚、關節內粘連和軟骨變性等。如果反復損傷，滑膜反應即可轉為慢性，表現為淋巴細胞和漿細胞浸潤。這些現象均為非特異性滑膜反應。
嚴重損傷造成滑膜缺損時，其愈合較快，這是由于滑膜細胞可以再生和增生，同時其它組織和細胞也可以生化為滑膜細胞。但是嚴重增生性膝關節炎，滑膜絨毛水腫、肥大、增厚，形成許多大小不等、形狀各異的滑膜皺襞，滑膜下結締組織組纖維增生，以及滑膜組織生物學的老化等，使滑膜組織再生與修復能力顯著降低。