該病最終結果是肺毛細血管上皮通透性彌漫性增加，最終造成肺水腫；肺泡和小氣道內充滿水腫液、黏液、血液等滲出，而致肺透明膜形成，引起明顯的右到左的肺內分流，使肺變得僵硬；同時，由于肺表面活性物質的大量消耗和破壞，Ⅱ型肺泡上皮細胞增生，最終肺泡間隔增厚伴炎癥和纖維增生所致。
ARDS時肺部的基本病理改變是肺血管內皮和肺上皮急性彌漫性損傷。全身性炎癥反應綜合征（SIRS）對其發病起關鍵作用。如遠距離的組織外傷或感染（可以是局部或全身感染）發生炎癥反應，隨即有多種炎癥介質經自分泌或旁分泌釋放入血液循環中，啟動SIRS過程。使肺血管通透性增加，肺微循環障礙，引起間質肺水腫；繼之肺表面活性物質繼發性缺乏、功能殘氣量下降、彌漫性肺不張，進一步使肺血管阻力增加，通氣血流比例失調，肺部氣體交換異常，引起嚴重低氧血癥，炎癥的持續存在，使肺循環對許多炎癥介質的滅活作用喪失，進而導致其他器官的功能損害。各損傷器官又成為進一步的介質釋放的源泉，使SIRS持續發展，導致更多的局部和全身組織損傷。