急性呼吸窘迫綜合征病理生理改變的主要特征就是肺泡上皮損傷和肺毛細血管通透性增加，導致的急性非心源性肺水腫。它主要是以肺容積減少、通氣/血流比例失調所導致的低氧血癥，肺血管痙攣和肺微小血栓形成導致的肺動脈高壓為主要表現。早期肺泡通透性增加和上皮細胞損傷，會導致肺泡里面有大量液體積聚，液體里面含有豐富的蛋白質等，這樣的情況下，就會導致肺水腫、炎癥細胞浸潤、肺損傷。部分病人病程超過14天，病理上表現為肺泡的嚴重纖維化和肺泡結構的破壞和重建。