AS主要发生于大、中动脉，最好发于腹主动脉，其次依次为冠状动脉、降主动脉、颈动脉和脑底Willis环。这些动脉分叉、分支开口、血管弯曲凸面为好发部位。AS的基本病变是在动脉内膜形成粥样斑块，主要有3种成分：①细胞，包括SMC、巨噬细胞和T淋巴细胞；②细胞外基质，包括胶原、弹性纤维和蛋白多糖；③细胞内和细胞外脂质。这三种成分的含量和分布随斑块的变化有所不同。典型病变的发生发展经过4个阶段。
1.脂纹（fatty streak） 脂纹是AS的早期病变。脂纹最早可出现于儿童期，但并非都发展为纤维斑块，是一种可逆性病变。肉眼观：动脉内膜见黄*色帽针头大小的斑点或宽约1～2mm、长短不一的条纹，平坦或略为隆起，在血管分支开口处更明显。光镜下：脂纹处内皮细胞下有充满脂质的FC（泡沫细胞）大量聚集，FC体积较大，胞浆呈空泡状。FC（泡沫细胞）来源于从血中迁入内膜的单核细胞和由中膜迁入内膜的SMC（平滑肌细胞）吞噬脂质而形成的。此外，可见较多的基质，数量不等的合成型SMC（含大量粗面内质网，核蛋白体及线粒体），少量淋巴细胞，中性粒细胞等。
2.纤维斑块（fibrous plaque） 脂纹进一步发展演变为纤维斑块。肉眼观：纤维斑块初为隆起于内膜表面的灰黄*色斑块，后因斑块表层胶原纤维的增多及玻璃样变性而呈瓷白色，如蜡滴状。斑块直径0.3～1.5cm，并可融合。光镜下：典型的病变主要由三个区组成：①纤维帽（fibrous cap）是指内皮下和坏死中心之间区，由密集的胶原纤维、散在性SMC和巨噬细胞以及少量弹力纤维和蛋白聚糖组成；②脂质区（lipid zone），由FC、细胞外脂质和坏死碎片组成，该区较小或不明显；③基底部（basal zone）由增生的SMC、结缔组织和炎细胞组成。不同斑块含有不等量的三个病变区。
3.粥样斑块（atheromatous plaque） 亦称粥瘤（atheroma）。肉眼观：动脉内膜面见明显隆起的灰黄*色斑块。切面见纤维帽的下方有黄*色粥糜样物。光镜下：在玻璃样变的纤维帽的深部为大量无定形坏死物质，其中可见胆固醇结晶（HE片中为针形或梭形空隙）及钙化。坏死物底部及周边可见肉芽组织、少量FC和淋巴细胞。病灶处中膜平滑肌受压萎缩而变薄。外膜可见毛细血管新生、结缔组织增生及淋巴细胞、浆细胞浸润。
4.继发性病变 继发性病变指在纤维斑块和粥样斑块的基础上的继发改变，包括：
（1）斑块内出血：斑块内新生的毛细血管破裂出血，也可因斑块纤维帽破裂而血液流入斑块，形成斑块内血肿，使斑块迅速增大并突人管腔，甚至使管径较小的动脉完全闭塞，导致急性供血中断，致使该动脉供血器官发生梗死。如冠状动脉粥样硬化伴斑块内出血，可致心肌梗死。
（2）斑块破裂：破裂常发生在斑块周边部，因该处纤维帽最薄，抗张力差。斑块破裂粥样物自裂口处排入血流，遗留粥瘤性溃疡而易导致血栓形成。
（3）血栓形成：病灶处内皮细胞受损和粥瘤性溃疡，使动脉壁胶原纤维暴露，引起血小板粘附、聚集形成血栓，从而加重病变动脉的狭窄，甚至阻塞管腔导致梗死形成，如心和脑的梗死。如血栓脱落，可导致栓塞。
（4）钙化：钙化多发生在陈旧的病灶内。钙盐沉着在纤维帽及粥瘤灶内。钙化导致动脉壁变硬变脆，易于破裂。
（5）动脉瘤形成：严重粥样斑块由于其底部中膜平滑肌萎缩变薄，弹性减弱，不能承受血流压力而向外局限性扩张，形成动脉瘤，动脉瘤破裂可致大出血。另外，血流可从粥瘤溃疡处侵入主动脉中膜，或中膜内血管破裂出血，均可造成中膜撕裂，形成夹层动脉瘤。
