石棉纖維進入細支氣管和肺泡后被巨噬細胞吞噬，短纖維(30μm)纖維使塵細胞行動不便，最終死亡。石棉纖維再被吞噬。這些過程反復發生，導致彌漫性間質纖維化。由于機械刺激，石棉纖維引起細支氣管粘膜出血、阻塞性細支氣管炎和上皮脫落性肺泡炎、終末細支氣管和肺泡壁彌漫性結締組織增生、間質和胸膜纖維化。在壁層胸膜可出現不含細胞的膠原性結締組織的胸膜斑。病變以兩側肺底部最為明顯，向上逐漸減輕，與矽肺發展不同。纖維化周圍可見代償性肺氣腫，肺氣腫往往在上肺野更為明顯。兩肺可以有不典型的小結節。肺門淋巴結病變不明顯。溫石棉柔軟，易在上呼吸道阻留，所致纖維化較輕。
石棉肺發病機制不甚清楚。除了機械刺激作用外，石棉對巨噬細胞生物膜的作用，可能是石棉纖維化的重要機制。此外，石棉可直接刺激成纖維細胞，加速膠原合成。
接觸石棉塵者，肺內產生石棉小體(asbestosbody)可在痰中找到。它是一種金黃色節段狀小體，呈啞鈴狀或蝌蚪狀，長15~150μm，寬1~5μm。一般認為石棉引起紅細胞破裂，鐵離子和蛋白質以粘多糖為基質，吸附到石棉纖維上形成石棉小體。它是機體對異物的反應，只說明有石棉接觸史。