在正常情況下腎小球濾過的HCO3 -99%被重吸收，其中近端小管重吸收80%～90%，其余2%在髓，8%在遠端小管重吸收。而HCO3-重吸收和小管細胞分泌H+的功能密切相關。在小管中H+-Na+交換，Na+被重吸收入細胞內與HCO3-結合成NaHCO3再進入血液中，為身體保留了堿儲備。依賴Na+-K+-ATP酶泵的活性，近端小管重吸收腎小球濾液中大部分的鈉，Cl-和水隨Na+被動重吸收。另外，近端小管主動重吸收全部K+、2/3鈣和部分磷酸鹽。
PRTA為近端腎小管重吸收HCO3-不足，HCO-腎閾降低，正常人為25～26mmol/L，嬰兒為22mmol/L，而PRTA時為18～20mmol/L。當患者血漿HCO3-濃度正常時即有15%以上的HCO3-排至尿中(正常人僅為1%)即使在輕度酸中毒時，若患者血漿中HCO3-濃度仍高于腎閾，則HCO3-仍排至尿中。只有嚴重酸中毒時，患者可排出酸性尿。
由于近端腎小管對HCO3-重吸收減少使Na+-H+交換減少，Na+從尿中大量丟失，引起低鈉脫水失Na+導致繼發性醛固酮增多，使Na+、Cl-潴留。加之由于HCO3-丟失增多，為維持陰離子平衡而保留Cl-，因而出現高氯血癥。在醛固酮作用下，以Na+-K+交換而保留Na+，可引起低鉀血癥，長期代謝性酸中毒可能通過阻礙生長激素的分泌或應答而引起生長發育障礙。導致近端腎小管重吸收HCO3-障礙的原因尚不清楚，可能是由于腎小管功能發育不成熟。在繼發性病因中，大都是由于內生代謝產物或外來物質損壞近端小管上皮引起。