尿路即使完全阻塞后,在一定時期內腎小球濾過仍繼續進行。但因腎小球濾液不能排出,故一方面向腎間質及周圍組織彌散,最后進入淋巴管或靜脈；另方面在腎盞腎盂內蓄積,使腎盂腎盞逐漸擴張,腎盂內壓力增高,壓迫腎組織及其中的血管,使血流減少,以后腎組織受壓逐漸萎縮。早期主要累及腎小管,表現為腎濃縮功能降低；以后逐漸影響腎小球,使腎小球濾過減少。完全性尿路阻塞一般約三周、不完全性阻塞約三個月可造成嚴重的不可逆性損傷。
腎盂積水可為單側或雙側。突然發生的完全性尿路阻塞,一般引起腎盂腎盞輕度擴大,有時可引起腎組織萎縮。間斷發生的不完全尿路阻塞時,腎盂、腎盞逐漸進行性擴大。根據阻塞部位高低,膀胱、輸尿管或腎盂可先后發生擴張。一般低位阻塞時,常兩側腎受累,腎盂腎盞尚未擴張到很嚴重的程度時尿毒癥即可出現。
肉眼觀,腎呈不同程度增大。早期僅腎盂腎盞擴大,逐漸腎錐體乳頭變鈍平,以后呈杯狀。晚期腎組織萎縮,皮質變薄,錐體消失。整個腎可成為一個薄壁的囊,直徑可達15～20cm.,鏡下,早期可見腎小管擴張,腎小球無明顯變化,漸而腎小管萎縮、纖維化,腎小球也逐漸萎縮消失,腎組織終為薄層纖維組織所替代。