结石引起的病理改变取决于结石的大小、形状和位置。位于肾盂输尿管连接部的小结石因梗阻造成肾盂积水使肾脏慢性失功；而大结石则可能危害较小。结石的大小和形状都不一致，单发抑或多发也各有所异。造成的病理损害主要表现在以下方面。
（1）黏膜损伤
结石可以引起肾盂黏膜的上皮增生，使细胞层次增多，同时可以有不典型增生。应用电镜可发现，在结石形成早期肾脏的一些超微结构即发生损伤性改变，如肾小管微绒毛脱落，线粒体变性等；光镜下可见肾乳头的钙化斑。结石形成后对肾盂和肾盏黏膜的直接损伤可使之发生上皮细胞脱落，并形成溃疡或增生。长期的慢性刺激可能导致鳞状上皮化生，化生常为灶性，但不如膀胱的鳞状上皮化生那样广泛，化生的上皮可有增生和不典型增生两种。黏膜恶变的发生较少见，可为鳞状细胞癌和移行细胞癌。鳞状细胞癌常与较大的结石如鹿角样结石、多发性结石、肾盂积水等合并；鳞状细胞癌的肾脏多无功能，预后也差。
（2）梗阻
这是结石引起的常见和严重损害。梗阻部位常为肾盂输尿管连接部，即使只是部分性梗阻，也会造成肾功能的进行性损害。梗阻发生后，肾脏的血供开始重新分配，使髓质血流减少，导致肾小球的滤过功能和肾小管分泌功能降低。如果肾积水不断加重，可使肾脏实质发生萎缩，肾功能受损甚至消失，最后变成含有大量尿液的囊袋。完全梗阻的肾脏在未合并感染时，如果36小时内解除梗阻，肾单位的功能几乎可以完全恢复；2周以上者可恢复45%～50%；3～4周者为15%～30%；如果超过6周则很难恢复。部分梗阻的肾脏受到的损伤较轻，但同样会造成一些不可逆的病变。
（3）感染
结石患者尿中常存在红、白细胞及核异质改变的上皮细胞，这是由于结石的存在可造成黏膜损伤和溃疡，诱发急慢性感染，还会降低肾脏对血源性感染的抵抗力。尤其是鹿角样结石，由于压迫肾实质缺血而继发感染，后者既促进结石的生长，又加速肾脏的损害。
感染常在结石梗阻时发生，引起结石性肾积液，结石甚至会穿破肾组织形成窦道。如果感染未伴梗阻，即发生结石性肾盂肾炎，造成肾盂、肾盏黏膜增生、增厚、纤维化、脓肿形成，如病情继续发展可使患肾与周围组织发生炎性粘连。长期感染物质的引流可能导致慢性膀胱炎的发生。
