DKA發病的基本環節是由于胰島素缺乏和胰島素反調節激素(即升糖激素)增加，導致糖代謝障礙血糖不能正常利用結果血糖增高脂肪分解增加血酮增多和繼發代謝性酸中毒與水電解質平衡紊亂等，一系列改變升糖激素，包括胰高糖素腎上腺素糖皮質激素和生長激素。其中胰高糖素的作用，最強胰高糖素分泌過多，是引起DKA發病的主要因素，由于胰島素及升糖激素分泌雙重障礙患者體內葡萄糖運轉載體功能降低，糖原合成與糖的利用率下降，糖原分解及糖異生加強，血糖顯著增高，同時由于脂肪代謝紊亂游離脂肪酸水平增加給酮體的產生提供了大量前體最終形成了酮癥酸中毒。
1、高血糖DKA患者的血糖多呈中等程度的升高常為300～500mg/dl，除非發生腎功能不全否則多不超過500mg/dl，造成患者高血糖的原因包括胰島素分泌能力的下降機體對胰島素反應性降低升糖激素分泌增多以及脫水血液濃縮等因素。
高血糖對機體的影響包括：①影響細胞外液滲透區一般血糖每升高5.6mmol/L (100mg/dl)，血漿滲透壓相應升高5.5mmol/L(5.5mOsm/kg)，細胞外液高滲引起細胞內液向細胞外移動細胞脫水而細胞脫水將導致相應器官的功能障礙，②引起滲透性利尿DKA時增高的血糖由腎小球濾過可比正常的5.5～11.1mmol/(L·min)，要高5～10倍，而近端小管回收糖的最大能力為16.7～27.8mmol/(L·min)，多余的糖由腎臟排出的同時帶走水分和電解質，進一步導致水鹽代謝紊亂。
2、酮癥和(或)酸中毒。
(1)、酮體的組成和代謝：酮體是脂肪β氧化不完全的產物包括乙酰乙酸β-羥丁酸和丙酮3種組分，其中乙酰乙酸為強有機酸能與酮體粉發生顯色反應，β-羥丁酸為乙酰乙酸還原產物，亦為強有機酸在酮體中含量最大約占酮體總量的70%，丙酮則為乙酰乙酸脫羧產物量最少呈中性，無腎閾可從呼吸道排出，正常人血酮體不超過10mg/d，l酮癥酸中毒時可升高50～100倍尿酮陽性。可知脂肪酸β氧化的產物乙酰CoA既是酮體的前身物又是酮體消除的必然途徑乙酰CoA是與糖代謝的產物，草酰乙酸結合形成檸檬酸然后進入三羧酸循環，而被利用的如無充足的糖代謝產物草酰乙酸酮體的消除即出現障礙。
(2)、脂肪分解增加：DKA病人脂肪酸分解的主要原因包括胰島素，嚴重缺乏不能抑制脂肪分解糖利用障礙機體代償性脂肪動員增加，以及DKA時生長激素胰高糖素和皮質醇等，促進脂肪分解的激素增加等因素所致。
(3)、高酮血癥：DKA病人脂肪分解增加產生大量的游離脂肪酸和甘油三酯大量游離脂肪酸在肝內經β-氧化及與輔酶A(CoA)和ATP耦聯形成乙酰CoA大量乙酰CoA，使肝內產生的酮體增加，超過正常周圍組織氧化的能力而引起高酮血癥
(4)、酸血癥和酮癥酸中毒：酮體中的β-羥丁酸和乙酰乙酸都是強酸血酮增高使血中有機酸濃度增高(正常的6mmol/L)，同時大量有機酸從腎臟排出時，除很少量呈游離狀態或被腎小管泌中，和排除外大部分與體內堿基結合成鹽而排除造成體內堿儲備大量丟失，而致酸中毒當血pH值降至7.2時，可出現典型的酸中毒呼吸(Kussmaul呼吸)pH值