游離二氧化硅顆粒進(jìn)入肺泡后，被聚集在肺淋巴管起始部位的肺巨噬細(xì)胞所吞噬，游離二氧化硅對(duì)巨噬細(xì)胞有極強(qiáng)的毒性作用，可致其自溶死亡，二氧化硅被吞噬后，被包裹在吞噬細(xì)胞溶酶體中，由于石英表面的羥基和巨噬細(xì)胞溶酶體膜脂蛋白結(jié)構(gòu)上的氫原子受體（氧，氮及硫原子）間形成氫鍵，引起細(xì)胞膜的改變和通透性的變化，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞溶酶體崩解，并釋放出酸性水解酶進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，繼而導(dǎo)致巨噬細(xì)胞死亡，并再次將石英粒子釋放，形成惡性循環(huán)，造成更多的細(xì)胞受損，受損的巨噬細(xì)胞釋放出非脂類“致纖維化因子”，刺激成纖維細(xì)胞，導(dǎo)致膠原纖維增生，形成以膠原纖維為中心的病灶結(jié)節(jié)——矽結(jié)節(jié)，矽結(jié)節(jié)向全肺擴(kuò)展并相互融合，造成雙肺彌漫性損害，纖維化不僅局限于肺內(nèi)，也存在于巨噬細(xì)胞所遷移到的淋巴結(jié)內(nèi)，在許多矽肺病人中已發(fā)現(xiàn)血清γ-球蛋白水平增高，自身抗體的存在，以及在矽肺病變中存在γ-球蛋白，故提出了矽肺發(fā)生的免疫學(xué)機(jī)制，但免疫成分似乎不參與對(duì)巨噬細(xì)胞的殺傷和纖維化形成，因此為次要發(fā)病機(jī)制。
矽結(jié)節(jié)是矽肺的特征性病灶，同時(shí)伴有彌漫性肺間質(zhì)纖維化，矽結(jié)節(jié)常位于支氣管和血管周圍，直徑為0.3～1.5 mm，大體標(biāo)本見(jiàn)肺臟呈灰褐色，質(zhì)地較硬，體積增大，重量增加，表面有砂粒感或硬塊感，剖面可見(jiàn)大小不等之結(jié)節(jié)或硬塊，境界較清楚，質(zhì)地致密，在結(jié)節(jié)周圍肺組織可見(jiàn)有肺氣腫，通常全肺彌漫性分布，胸膜內(nèi)和外的局部淋巴結(jié)常受累，發(fā)生鈣化或形成矽結(jié)節(jié)。
顯微鏡下見(jiàn)矽結(jié)節(jié)呈圓形或星芒狀，中央由已發(fā)生玻璃樣變性的膠原纖維組成，膠原纖維呈同心圓排列，結(jié)節(jié)周圍有不同比例的網(wǎng)狀纖維，巨噬細(xì)胞，成纖維細(xì)胞和漿細(xì)胞包繞，似暈狀，暈越大，病灶越活躍，用偏光顯微鏡可以鑒定矽結(jié)節(jié)內(nèi)和沉積在肺組織里的石英顆粒。
肺門(mén)淋巴結(jié)是矽反應(yīng)最早的部位，它可在胸片尚未見(jiàn)到矽結(jié)節(jié)之前已有淋巴結(jié)增大，大體標(biāo)本可見(jiàn)淋巴結(jié)腫大，粘連，組織學(xué)表現(xiàn)與肺部相似，在淋巴結(jié)內(nèi)可見(jiàn)到散在的非壞死性肉芽腫，隨著病變的發(fā)展也可出現(xiàn)類似纖維化的改變，在有典型的矽結(jié)節(jié)和嚴(yán)重的間質(zhì)纖維化時(shí)淋巴結(jié)病變可重于肺組織改變。
在形態(tài)學(xué)上，矽肺有三種類型：?jiǎn)渭兊慕Y(jié)節(jié)性矽肺，球形矽肺以及急性矽肺，結(jié)節(jié)性矽肺特征是肺實(shí)質(zhì)表現(xiàn)為呈灰黑色的，且被嚴(yán)密包繞著的，直徑為0.5～5mm的結(jié)節(jié)，如果合并有結(jié)核，這些結(jié)節(jié)可以發(fā)生空洞化，肺門(mén)淋巴結(jié)常腫大且可以有鈣化，典型的鈣化是出現(xiàn)在結(jié)節(jié)的邊緣，呈“蛋殼樣鈣化”，在顯微鏡下，具有診斷性意義的病變是矽肺結(jié)節(jié)或矽肺島，這些病灶通常位于呼吸性細(xì)支氣管旁，矽肺島的中央含有一呈螺紋狀的，透明的，由非細(xì)胞組成的膠原塊，其外周是巨噬細(xì)胞及漿細(xì)胞層，在組織形態(tài)學(xué)上，可見(jiàn)到數(shù)量不等的塵埃，如果其中的石英濃度很高，顆粒較小，則很少量的塵埃也可以產(chǎn)生嚴(yán)重的纖維化，如果持續(xù)暴露于粉塵，將使得已存在的結(jié)節(jié)的數(shù)量和大小增加；但即使在停止暴露于相應(yīng)環(huán)境后，結(jié)節(jié)仍可以繼續(xù)擴(kuò)大，這是由于巨噬細(xì)胞的外周性位移以及纖維化繼續(xù)形成之故。
球形矽肺（巨大的，進(jìn)行性的纖維化）有和結(jié)節(jié)性矽肺相同的特征，但可形成大的結(jié)節(jié)，并可融合形成直徑大于1cm的腫塊，這種球形矽肺病變趨向于位于上葉，在這些病變周圍的肺組織常顯示出有著大瘢的，不規(guī)則的肺氣腫，和結(jié)節(jié)性矽肺相比，球形矽肺的胸膜纖維化及胸膜粘連更為常見(jiàn)且更為嚴(yán)重，在顯微鏡下，球形病灶是由在透明性纖維化背景中出現(xiàn)的融合的矽肺島所組成，血管常發(fā)生血栓形成或閉塞性動(dòng)脈內(nèi)膜炎，同時(shí)由于局部缺血或合并有結(jié)核而使得病灶可以出現(xiàn)壞死或空洞形成。
急性矽肺較為少見(jiàn)，但病變進(jìn)展很快，起因于大量的，游離的二氧化硅的暴露，粉塵顆粒常較小，直徑通常為1～2μm，其中的石英濃度很高，這種狀況尤其多見(jiàn)于工人們?cè)趪娚硥m的過(guò)程中，此過(guò)程是導(dǎo)致急性矽肺發(fā)生的常見(jiàn)職業(yè)，病理學(xué)上，結(jié)節(jié)較為稀少，但相反地，肺外表呈灰色的實(shí)變，這是肺彌漫性間質(zhì)纖維化程度增加的標(biāo)志，顯微鏡下，肺泡中充滿著一種嗜酸性的泡沫狀的滲出物，其間含有許多的巨噬細(xì)胞，伴隨著間質(zhì)性纖維化，有明顯的Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞的增殖，組織學(xué)特征可以類似于肺泡蛋白沉積癥或脫屑性間質(zhì)性肺炎。