骨關節炎的發病機制複雜， 相關研究表明免疫因素在骨關節炎的發病起重要作用， 以下免疫變化與骨關節炎的發病關係密切。
一、關節軟骨的組成及其免疫原性
關節軟骨由軟骨細胞和細胞外基質組成， 其中軟骨細胞是軟骨僅有的細胞成份， 軟骨的代謝活動都依賴於它， 而細胞外基質主要由膠原、蛋白多糖和輔助蛋白組成。 膠原分子由3個以甘氨酸-X-Y序列為特徵的a鏈組成， 其中的甘氨酸殘基可以使a鏈相互扭轉形成超螺旋， 它的這種天然結構具有很強的抗蛋白質降解的功能。
二、軟骨細胞的抗原遞呈作用
抗原遞呈細胞能夠幫助淋巴細胞對抗原進行識別和清除。 T細胞只能識別 抗原遞呈細胞表面MHC分子遞呈的抗原， 其中MHC分子有兩型， 分別遞呈內源性抗原和外源性抗原。
三、骨關節炎患者的細胞免疫和體液免疫
免疫學研究發現， 骨關節炎患者滑膜中有單核細胞浸潤和淋巴細胞的聚積， 浸潤的單核細胞主要是CD3+T細胞。 在骨關節患者軟骨中， 還發現有補體的沉積。 有研究者認為已啟動的補體CIS具有溶膠原作用， 軟骨細胞還可以合成補體成份。 近期， 有研究者檢測出人類軟骨細胞C5a補體受體的表達， 這種補體受體在關節炎患者中經常出現。
四、細胞因數和烷酸在骨關節炎發病機制中的作用
關於細胞因數在骨關節炎中的作用已經進行了廣泛的研究。
