基本病理改变是梗阻病变以上的部位尿液淤积，尿路扩张。输尿管发生梗阻后，初期通过增加输尿管肌收缩力维持正常排尿功能，后期肌逐渐丧失代偿能力，输尿管管壁变薄，肌萎缩，收缩力减弱或消失。随着梗阻程度的加重，肾也发生病理改变。肾盂内正常压力约为0.98kPa（10cmH2O），尿路梗阻时其压力不断升高，并经集合管传递至肾小管、肾小球，当压力达到2.45kPa（25cmH2O）相当于肾小球滤过压时，肾小球即停止滤过，尿液形成停止。肾小球停止滤过时，肾盂内尿液可经肾小管、淋巴管、静脉和间质回流，此时肾盂内压下降，肾小管、肾小球囊内压力亦随之降低，肾小球恢复滤过功能，这种肾内“安全阀”的开放，在梗阻时起到保护肾组织的作用，使急性短时间的梗阻不致严重危害肾组织。如果梗阻不解除，尿液继续分泌，肾盂内压力持续升高，使肾小管的压力逐渐增大，并压迫小管附近的血管，引起肾组织的缺血，导致肾功能的丧失。因此，肾积水时肾实质的萎缩一方面是由于肾盂内的持续高压直接压迫肾实质，另一方面是由于肾缺血所致。慢性不全梗阻或间歇性梗阻时，肾盂肾盏扩张，肾乳头萎缩，肾实质变薄。最终肾成为一个无功能的巨大囊袋。而急性完全性梗阻，由于肾内压力的急剧上升，对肾小球和肾小管的影响较大，直接影响其滤过、分泌和排泄，因此肾实质萎缩和肾盂扩张并不显著。

　　下尿路梗阻时，膀胱逼尿肌为克服梗阻，收缩力增加，逼尿肌增厚，膀胱内壁呈现纵横交错的增生肌束（临床上称之为“小梁”），若梗阻持续存在，膀胱渐失代偿，收缩无力，则出现残余尿。由于膀胱过度扩张，可造成逼尿肌纤维过度牵拉及支配膀胱的神经末梢纤维受损，进一步损害了膀胱的收缩功能。随着膀胱代偿功能的丧失，输尿管口逐渐失去抗返流功能，出现尿液自膀胱向输尿管返流，引起上尿路梗阻，进而形成肾积水。

　　尿路梗阻后，由于尿液引流不畅，极易发生感染，且细菌可经过肾盏穹隆部裂隙或通过高度膨胀时变得极薄的尿路上皮层进入血液，造成菌血症。而梗阻时尿路失去尿液的冲刷作用，抗菌药物亦不易进入尿路，因此感染往往难以控制。