发生急性肺栓塞时，栓子堵塞肺动脉，造成机械性肺毛细血管前动脉高压，肺循环阻力增加，肺动脉压力上升，右心室后负荷增加，心输出量下降。当右心室负荷严重增加时，可引起右心衰竭、血压下降。肺动脉压力升高程度与血管阻塞程度有关。由于肺血管床具备强大的储备能力，对于原无心肺异常的患者，肺血管截断面积堵塞30%～50%以上才出现肺动脉压升高。当肺血管阻塞30%左右时，肺动脉压力略有增加;阻塞50%以上，肺动脉压力骤然升高，心脏指数下降，右心室后负荷明显升高;而阻塞面积达85%以上，则可发生猝死 。既往患有心肺疾患的患者出现上述情况时，肺动脉压力变化则更为明显。
肺血管阻力上升除了血管机械性因素参与之外，近年来研究表明，神经、体液因素和循环内分泌激素也起了十分重要的作用。肺栓塞发生后，肺血管内皮受损，释放出大量收缩性物质，如内皮素、血管紧张素Ⅱ，使肺血管收缩。此外，血栓形成时，新鲜血栓含有大量血小板及凝血酶;栓子在肺血管内移动时，血小板活化脱颗粒，释放出大量血管活性物质，包括二磷酸腺苷、组织胺、5羟色胺、多种前列腺素等，这些物质均可导致广泛的肺小动脉收缩，同时反射性引起交感神经释放儿茶酚胺，发挥收缩效应，在肺血管处形成第一个恶性环路。
大面积肺栓塞时，肺动脉压力上升，右心室心肌作功和氧耗增加，右心室压力升高，主动脉与右心室压力差缩小，冠状动脉灌注下降。另外，急性肺栓塞时体内内皮素浓度显著升高，作用于冠状动脉局部导致痉挛，造成冠状动脉灌注不足，心肌缺血，在心脏冠状动脉处形成第二个恶性环路。以上两方面改变常同时存在，相互作用，如不能及时治 疗，则可形成致死性恶性循环。
