正常大隱靜脈的組織結構不同于一般靜脈，其內、中、外膜都含有平滑肌，而以中膜環行平滑肌較為發達，其徑向收縮保證了大隱靜脈不致過分擴張。通常膠原纖維主要維持管壁張力，而彈性纖維的結構特征則決定了血管軸向的回縮牽引力和徑向的彈性牽引力，使大隱靜脈不致過分延長和擴張。因此，正常大隱靜脈中平滑細胞、膠原纖維和纖維的協同作用維持了靜脈壁的形狀和功能。在下肢靜脈曲張的形成中，淺靜脈在長期內壓增高的情況下，逐漸擴張、伸長、靜脈壁進一步變薄。
靜脈曲張的病理變化主要發生在靜脈壁中層。由于血液停滯，靜脈壓力增加，在早期肌纖維和彈力纖維代償性增厚，后期肌纖維和彈力纖維萎縮、消失，均為結締組織所代替，部分靜脈壁因擴張而變薄，有的地方又因結締組織增生而變厚，形成不均勻的結節狀。同時，瓣膜萎縮硬化，功能喪失。靜脈曲張后，下肢血液回流變慢和倒流，造成下肢淤血，血液含氧量降低，毛細血管壁通透性增加，液體、蛋白質、紅細胞和代謝產物的滲出，引起纖維增生和色素沉著。局部組織因缺氧而發生營養不良，抵抗力降低，易并發皮炎、淋巴管炎和潰瘍等。