病因不明。较多学者认为本病为常染色体隐性遗传。组织学上发现圆锥处纤维板层减少，胶原纤维直径并未改变，故认为可能是纤维板层间粘合不够，板层相互滑脱，导致变薄。遗传及变态反应性疾病也是其可能诱因。
早期特点为角膜中央前弹力层连续性中断，上皮下基底膜不规则，该处纤维细胞增生。随着病变发展，角膜中央部前弹力层消失，基质层变薄，并向前呈锥形或不规则形凸出。角膜中央的后弹力层可发生断裂，退缩形成波浪状皱褶。内皮细胞肿胀变性或局灶性消失。病变发展到末期，角膜基质层板层纤维裂隙增宽，新生血管长入，因角膜水肿及纤维组织增生，致角膜明显增厚（图5-31）。急性圆锥角膜发病较急，通常表现有角膜后弹力层和内皮细胞层断裂缺失，角膜基质层和上皮细胞层高度水肿。
图5-31 圆锥角膜
A.角膜中央部明显变薄 HE×20；B.角膜前后表面不规则锥状凸起，基质胶原纤维水肿，后弹力层呈波浪状 HE×50
超微结构：角膜上皮基底细胞水肿，基质层纤维排列不规则或呈波浪状。在角膜细胞附近或板层纤维之间可见微粒状或微丝状细胞外沉积物，这些物质可能属于中性糖蛋白，其与黏多糖的比例较正常角膜相对较高，提示原发病变在角膜细胞。
组化染色：普鲁士蓝染色可见Fleischer环部位的上皮细胞内含有大小不一呈带状或颗粒状致密小体。将电子束汇聚于该致密小体上，作X射线能谱分析，谱线上在6.40keV处可见较明显的FeKa峰，说明该致密小体为含铁的结晶状体。
