AIHA發病機制主要包括抗自身紅細胞抗體產生及溶血的發生。
1.抗體產生
(1)抗原變異：當某些病毒、藥物、化學毒物或射線等作用于造血細胞或成熟紅細胞，或紅系造血細胞基因突變，最后引起紅細胞(有時是全血細胞)膜抗原成分的變異，進而刺激機體的免疫系統產生識別此類變異抗原的自身抗體，即所謂抗自身紅細胞(或其他血細胞)抗體。
(2)抗體產生異常：某些病理因子(如病原微生物感染等)刺激機體的免疫系統使之發生功能紊亂，或淋巴細胞系統腫瘤使免疫器官失去了識別自身血細胞抗原的能力，進而產生抗自身血細胞抗原的抗體。
(3)交叉免疫：某些病原微生物具有與人體血細胞相似的抗原成分，當其侵入人體后會刺激機體產生交叉抗體，這些抗體在抗病原微生物的同時也會抗人體的血細胞，即相當于人體產生了抗自身血細胞的抗體。
2.溶血發生
(1)血管外溶血：自身血細胞抗體(主要是溫型抗體)與紅細胞(有時包括白細胞和血小板)結合，使抗體的Fc端構型發生變化，并同時激活少量補體使紅細胞膜上黏附一定量的C3b/C4b，構型發生變化的Fc端及C3b/C4b分別與單核巨噬細胞上的Fc受體及C3b/C4b受體結合，最后導致紅細胞被單核巨噬細胞吞噬、溶解、破壞；當破壞的紅細胞量超過骨髓產生的紅細胞量時，機體就發生貧血；當單核巨噬細胞釋放出較多破壞紅細胞的代謝產物～間接膽紅素時，就會引起膽紅素代謝紊亂，發生高膽紅素血癥(黃疸，血清間接膽紅素增高，尿膽原或尿膽素增高，膽結石或膽囊炎，嚴重時甚至可發生“核黃疸”等)；當此型溶血反復、長期發生時，單核巨噬細胞系統就會反應性增殖，出現肝、脾大。血管外溶血受以下3方面因素影響：
①自身抗體的種類：自身抗體分IgG、IgA和IgM3類，IgG又分IgG1、IgG2、IgG3和IgG4 4種亞型。發生血管外溶血的幾率以IgG最高，IgA和IgM較低；IgG類中又以IgG1最多，其次是IgG3，IgG2和IgG4很少見。溶血的程度以IgM和IgG3型為重；溶血發生的主要部位，IgG和IgA型在脾臟，而IgM型在肝臟。
②紅細胞膜上吸附的抗體數量：對于同一類型自身抗體來說，吸附在紅細胞膜上的抗體愈多，紅細胞愈易被單核巨噬細胞吞噬，發生溶血的程度愈重。
③紅細胞膜是否同時被抗體和C3“致敏”：由于單核巨噬細胞膜上既有Fc受體，又有C3b/C4b受體，故當紅細胞同時被抗體和C3“致敏”時，被吞噬、破壞的概率就大，發生溶血的程度就重。
(2)血管內溶血：某些自身紅細胞抗體(主要為冷型抗體)在血管內與紅細胞結合，引起紅細胞凝集并同時結合、激活補體；補體直接破壞紅細胞，進而引起血管內溶血。當溶血超過骨髓的代償能力時，機體就會發生貧血。血管內溶血同時導致高游離血紅蛋白血癥：血漿游離血紅蛋白(FHb)升高、結合珠蛋白(HP)降低、高鐵血紅素白蛋白升高、高鐵血紅素結合蛋白降低、高鐵血紅素結合珠蛋白-高鐵血紅素結合物增高。增多的FHb超過HP的結合能力時就會發生血紅蛋白尿、含鐵血黃素尿，出現尿潛血試驗陽性和尿Rous試驗陽性。反復發生血紅蛋白尿還會引起機體缺鐵、缺鋅，并進一步加重貧血。被HP結合的FHb要在單核巨噬細胞內代謝分解，故也有可能引起黃疸和肝脾大。在血管內被抗體凝集的紅細胞還會影響末梢循環，使皮膚出現雷諾現象等。
自身紅細胞抗體的種類及滴度影響血管內溶血的程度。當冷抗體為冷凝集素時，多數激活全補體而導致血管內溶血，僅少數致敏紅細胞不激活補體。當冷抗體為D-L(Do-nath-Landsteiner)抗體時，極易在低溫下固定補體，37℃時激活全補體，發生較嚴重的血管內溶血。當然，對于同一種抗體來說，一般滴度高者溶血就重。