發病機制
多囊病發病機制未明。Hilde-brand等認為多囊病可能是由Bowman囊擴張而來，也可能是由腎曲小管擴張而成，系由后腎胚芽發育而成的腎小球、腎曲小管與Wolffian管發育而成的集合管之間的溝通受到障礙的緣故；Bialestack提出，有些囊腫則是異常增大的腎單位，稱為巨腎單位。亦有認為有些囊腫具有排泄功能；Bricker等對囊腫中的液體進行化學分析，證明其所含成分與尿液相近；Norris等認為是由于很多臨時性的后腎單位不能正常萎縮，一部分腎單位發生局部縮窄及分節，因而形成大小不同的囊腫；Hepler等則認為是腎臟的血液循環分布不正常，造成腎實質退變的結果；Hidd-brant認為分泌部（來源于腎組織的腎曲小管及部分腎小球）與排泄部（來源于輸尿管芽的集合管、腎盂等）在發育時期彼此失去聯系，分泌部成為盲端，其分泌物無從排出，故形成多數囊腫；另有人認為是機械性因素如胎兒時期局部炎癥引起排泄管纖維阻塞，或由于管型及不溶解性鈣鹽阻塞，使尿液不暢引起腎小管擴大的結果。尚有以下兩種說法能解釋一些臨床現象：
1.Lambert通過腎臟連續切片，詳細研究了嬰兒及成人有囊腫的腎臟，指出多囊病的囊腫有3種形態和來源：①腎小球囊腫；②腎小管囊腫；③排泄管囊腫。囊腫壁襯以立方形或扁平細胞，間質中纖維結締組織豐富，髓質與皮質均發育不全，正常腎單位大部分消失；他發現嬰兒的囊腫腎中所有與腎直小管相連接的囊腫與有功能的曲小管均不相通，有囊腫的腎單位都沒有功能；而成人病腎，除上述類型的囊腫外，同時有的囊腫自有功能的腎小管及腎盂上長出，囊腫間正常腎組織極為豐富，并有功能活動，故早期可無臨床癥狀，甚至在其鄰近腎組織被壓萎縮時還可維持功能，直至囊腫繼續增大，出現壓迫性腎萎縮時，方引起腎功能衰退而死亡，惟對病因仍然沒有適當的解釋。
2.Dammin認為腺系統在正常胚胎發育時都有過多的腺管上皮細胞形成，而在繼續發育期，腺管上皮細胞一般都會退化、消化和消失，而退化的初期是完成上皮管的分節，若分節孤立而不退縮，則囊腫形成，即腎囊腫中腎小管近端形成的分節狀擴張，它仍與腎小球之濾液相通，這與以往認為后腎胚葉與輸尿管胎芽不能連接的學說相反，且能解釋多囊病可以有肝、脾、胰、甚至卵巢、子宮、膀胱的多發性囊腫病的現象。
多囊病一般為雙腎受累，罕見單側受累。正常成人單個腎臟的重量約為150g。在無癥狀的成年多囊病患者，單個多囊病的重量平均為256g；在有癥狀的成年多囊病患者，單個多囊病的重量平均為465g。在成年型多囊病，腎臟常見彌漫性囊腫，不論腎皮質和髓質均布滿大小不等的囊腫，形似一串葡萄。囊壁上皮細胞有局限性增生，形成息肉樣，細胞外基質異常增生，近端小管膨出形成的囊腫，囊液成分似血漿；遠端小管形成的囊腫，囊液中鈉、氯含量較低，而尿素和肌酐濃度較高。在有癥狀的多囊病患者，隨著年齡的增長，囊腫數目增多，囊腔增大，直徑達2～3cm，后期腎臟長徑可達20～30cm，全腎幾乎被囊腫所占據。常見直徑＞3cm的囊腫中多含有血性液體或血凝塊。
多囊病切面顯示，囊腫一致性分布于皮質和髓質，腎盂腎盞常顯著變形。在嚴重病例，可幾乎不見明顯的殘余腎組織。但在癥狀輕的患者，本病常與多發性單純囊腫（如單純性腎囊腫、孤立性多房囊腫）相混淆。
顯微鏡觀察可見正常腎組織受到鄰近囊腫的壓迫，在血管硬化或腎盂腎炎的基礎上繼發腎小球硬化、小管萎縮和間質纖維化。對囊腫的組織來源的鑒定較困難，除非囊腫保持了原組織的正常位置和上皮的形態學特點。來自腎小囊的囊腫有時含有變形的小襻狀腎小球血管叢；源自深部集合系統的囊腫常為薄壁；發生于包膜下集合系統的囊腫壁較厚，常包繞有致密纖維結締組織。可用特異植物凝集素結合試驗幫助鑒定囊腫的組織來源是近端小管、集合管或其他。
病理改變
ADPKD患者早期腎臟大小正常，后期則增大，并出現形態異常，如腎盂腎盞的異形，明乳頭及腎錐體的完整結構受到破壞等。囊腫呈球形，大小不一。初起時腎內可僅有少數囊腫，隨病程進展而漸增多，最終令腎均由囊腫所占，腎臟可達足球大小。在光鏡下，囊腫間尚可見到完整腎結構，從正常表現到腎小球硬化，小管萎縮、間質纖維化等不等，這些改變均為囊腫壓迫所致腎缺血所為。在電鏡下，囊腫上皮細胞顯示為二種形態：一種與近端小管上皮細胞相似，另一種則類似于遠端小管。囊液一般較清晰，當出現囊內感染或出血時則可為膿性或血性。
ARPKD雙腎體積和重量明顯增大，約為正常的10倍左右。外形光滑，切面可見梭狀或柱狀囊腫，呈放射狀分布。上皮細胞呈柱形，與集合管皮皮細胞一致。腎盂和腎盞被膨脹的腎實質壓迫而變窄、變小。肝臟病變局限于門脈區，呈彌漫性，膽管擴張伴結締組織增生，引起門脈周圍纖維化，隨時間進展，出現門脈高壓及肝脾腫大。