感染由血源性微生物引起（血源性骨髓炎）；从感染组织扩散而来，包括置换关节的感染，污染性骨折及骨手术。最常见的病原体是革兰阳性菌。革兰阴性菌引起的骨髓炎可见于吸毒者，镰状细胞血症患者和严重的糖尿病或外伤患者。真菌和分枝杆菌感染者病变往往局限于骨，并引起无痛性的慢性感染。危险因素包括消耗性疾病，放射治疗，恶性肿瘤，糖尿病，血液透析及静脉用药。对于儿童，任何引起菌血症的过程都可能诱发骨髓炎。
骨髓炎的形态变化取决于临床分期（急性、亚急性、慢性）和感染部位。细菌一旦进入骨，并进行繁殖，即引起急性炎性反应，病灶中可见大量的中性粒细胞浸润（图17-4）。感染48小时内，受累骨由于骨髓腔内压增高，血管受压和介导急性炎症反应的酶和介质的释放从而导致骨组织坏死。炎症通过骨皮质哈佛管扩散至骨膜，形成骨膜下脓肿。这常见于儿童，因为儿童的骨膜与骨皮质的黏附性比成人松散。感染灶进一步扩展，可穿破骨膜到达周围软组织，并形成开口于皮肤的引流性窦道，或者沿着骨表面扩展相当长的一段距离。由于骨膜被掀起，进一步影响骨的血液供应，可引起化脓合并缺血性节段性骨坏死，病灶内见死骨片（sequestrum），有时可见死骨片破碎后流出窦道。在婴儿，骨骺的感染穿越关节面或沿着关节囊和腱韧带播散至关节，导致化脓性关节炎，破坏软骨而造成永久性残疾。类似的过程还可见于椎骨，炎症破坏透明软骨板和椎间盘，并扩散至邻近的椎骨。在成人，由于骨膜与关节边缘紧密相连，感染很少会扩展至关节。
慢性骨髓炎是急性感染的后遗症。感染1周后，慢性炎症细胞进入骨髓炎病灶，释放细胞因子，引发修复反应，包括破骨细胞活性增加，纤维母细胞增生和新骨形成。镜下骨髓腔纤维结缔组织增生，其中可见浆细胞和淋巴细胞浸润。小块残留的死骨可被破骨细胞吸收，而大片的死骨最后被反应性骨质包绕，称为包壳（involucrum）（图17-5）。当残留脓肿被边界清楚的硬化骨围绕时称Brodie脓肿。初次感染后，细菌可以在死骨区域存活多年。慢性骨髓炎也可以合并骨折和形成引流窦道。偶尔，长期不愈的窦道可发展为鳞状细胞癌，而诱发肉瘤和继发性淀粉样变则较为罕见。
