Водещ процес в развитието на артрозата е разрушаването на ставния хрущял. Равновесието между формирането и деградирането на хрущялната тъкан е нарушено в полза на дегенеративните процеси. Това става под влиянието на различните рискови фактори, които ускоряват стареенето на хрущялa.
Артрозата протича с характерни механични и биохимични промени в ставите, преди всичко в ставния хрущял. Най-голямо значение има намаляването на количеството на междуклетъчното вещество в хрущяла, което е основната механична структура, сред която се разполагат хрущялните клетки – хондроцитите. Хондроцитите синтезират структурни вещества – белтъци и протеогликани, които заместват разрушената част от междуклетъчната матрица и поддържат хрущяла във функционално годно състояние.
При остеоартрозата постепенно намалява броят на хондорцитите, като успоредно с това се изменя и съотношението между различните групи хондроцити. Това води и до метаболитни последствия – в хрущялната тъкан се натрупват протеогликани, които са несвойствени или се съдържат в малки количества в здравия хрущял.
По правило, в ранните стадии на артрозата, в зоните на максимално физическо натоварване се формират участъци на омекнал хрущял. Постепенно се развива фрагментиране на хрущяла на отделни зони, между които преминават дълбоки пукнатини от празно пространство, т.е. налице е разделяне на междуклетъчното вещество. Хрущялът губи еластичност, става неравен и се отделя от подлежащата кост. При напредналата артроза, той може да изчезне напълно, което оставя костите в ставата напълно незащитени от триенето една в друга.