结核菌进入胸腔有多种途径：经淋巴或血液循环引起感染，肺内结核病灶直接侵犯胸膜，或病灶破裂将结核菌直接带入胸腔，并使气体进入胸腔，形成结核性脓气胸，支气管胸膜瘘。骨结核或胸壁结核也可侵入胸腔。结核性脓胸同时也是人工气胸或手术治疗肺结核的合并症。
结核性脓胸初期可发现充血、水肿的胸膜内因毛细血管扩张引起渗透性增强，渗出液体初期少量，质稀薄，呈黄色，随后增多、浑浊，可混杂干酪物质和多量蛋白质渗出，并且可发现淋巴细胞、单核细胞、结核分枝杆菌。若病情不及时控制而进一步发展则发生成纤维细胞增生，纤维素积聚，脏、壁层胸膜增生出厚而坚实的结缔组织。壁、脏层胸膜之间的软组织层内可有小部分新生毛细血管。壁层胸膜的纤维结缔组织增厚速度较脏层迅速，可有干酪坏死与钙盐沉着。当壁层增生纤维结缔组织发生收缩时可牵拉肋间隙使其发生狭窄，肋骨表现为三角形、四棱形，骨质疏松，呼吸运动限制，肋间肌也萎缩、纤维化，胸壁因此发生下陷，脊椎随之侧弯，纵隔朝患侧移位，膈肌可升高，肺功能严重受限，患者可见杵状指/趾。部分慢性脓胸患者发生壁层胸膜穿破，于胸壁处可见哑铃形脓肿中的脓液溃破而出，即称自溃性脓胸，破溃处可演变为窦道，长期迁延，流脓不止。
