1、引起PTE的血栓可以來源于下腔靜脈徑路、上腔靜脈徑路或右心腔，其中大部分來源于下肢深靜脈，特別是從腘靜脈上端到髂靜脈段的下肢近端深靜脈（約占50%～90%）。盆腔靜脈叢亦是血栓的重要來源。頸內和鎖骨下靜脈內插入、留置導管和靜脈內化療，使來源于上腔靜脈徑路的血栓較以前增多。右心腔來源的血栓所占比例較小。
2、肺動脈的血栓栓塞既可以是單一部位的，也可以是多部位的。病理檢查發現多部位或雙側性的血栓栓塞更為常見。一般認為栓塞更易發生于右側和下肺葉。發生栓塞后有可能在栓塞局部繼發血栓形成，參與發病過程。栓子阻塞肺動脈及其分支達一定程度后，通過機械阻塞作用，加之神經體液因素和低氧所引起的肺動脈收縮，導致肺循環阻力增加、肺動脈高壓；右心室后負荷增高，右心室壁張力增高，至一定程度引起急性肺源性心臟病，右心室擴大，可出現右心功能不全，回心血量減少，靜脈系統淤血；右心擴大致室間隔左移，使左心室功能受損，導致心排出量下降，進而可引起體循環低血壓或休克；主動脈內低血壓和右心房壓升高，使冠狀動脈灌注壓下降，心肌血流減少，特別是心室內膜下心肌處于低灌注狀態，加之PTE時心肌耗氧增加，可致心肌缺血，誘發心絞痛。
3、栓塞部位的肺血流減少，肺泡無效腔量增大；肺內血流重新分布，通氣/血流比例失調；右心房壓升高可引起功能性閉合的卵圓孔開放，產生心內右向左分流；神經體液因素可引起支氣管痙攣；毛細血管通透性增高，間質和肺泡內液體增多或出血；栓塞部位肺泡表面活性物質分泌減少，肺泡萎陷，呼吸面積減小；肺順應性下降，肺體積縮小并可出現肺不張；如累及胸膜，則可出現胸腔積液。以上因素導致呼吸功能不全，出現低氧血癥，代償性過度通氣（低碳酸血癥）或相對性低肺泡通氣。
4、由于肺組織接受肺動脈、支氣管動脈和肺泡內氣體彌散等多重氧供，故PTE 時很少出現肺梗死。如存在基礎心肺疾病或病情嚴重，影響到肺組織的多重氧供，才有可能導致肺梗死。
5、PTE 所致病情的嚴重程度取決于以上機制的綜合作用。栓子的大小和數量、多個栓子的遞次栓塞間隔時間、是否同時存在其他心肺疾病、個體反應的差異及血栓溶解的快慢，對發病過程和預后有重要影響。
若急性PTE后肺動脈內血栓未完全溶解，或反復發生PTE，則可能形成慢性血栓栓塞性肺動脈高壓（CTEPH），繼而出現慢性肺源性心臟病，右心代償性肥厚和右心衰竭。