Caffey認為石骨癥的基本病理改變為在軟骨內骨質形成時,鈣化的軟骨性基質吸收不良并保持下來,結果使骨髓腔縮小,甚至閉塞,形成硬化和脆性的骨質,骨皮質也增厚致密,松質的骨小梁也增多增厚使骨皮質與骨松質無明顯分界。顯微鏡下見破骨細胞異常失去不規則邊緣說明不活躍。在顱骨中主要累及顱底嚴重者顱蓋也可被廣泛累及。