血栓闭塞脉管炎是青壮年的动脉和静脉的一种周期性、节段性炎症病变。病变多数发生在四肢血管，尤其是下肢为常见。病理改变首先是血管内膜增厚，随后有血栓形成，以致最后血管完全阻塞。通常病变首先出现于肢体动脉远端，如胫后、胫前、尺、桡、足弓、掌弓、趾、指等动脉，病变进一步发展才累及股动脉和肱动脉等。病变节段和正常部分之间的界线非常分明，伴行静脉常同时受累，一般都较轻。晚期，血管周围有纤维组织增生、硬化。
血栓闭塞性脉管炎主要累及肢体的中小动静脉。以下肢胫前动脉、胫后动脉、腓动脉、足背动脉和趾动脉最为多见，也可累及上肢桡动脉、尺动脉和指动脉，较少累及较大的动脉如股动脉和肱动脉。伴行静脉和浅表静脉也可累及，但程度较轻。累及心、脑、肠、肾等内脏的血管较罕见。
病理改变的特点是血管全层非化脓性炎症，管壁结构仍然完整。病变呈节段性，节段之间有内膜正常的管壁。病变血管有广泛内皮细胞增生和全层成纤维细胞增生及淋巴细胞浸润。早期即有血栓形成，血栓内含有许多内皮细胞和成纤维细胞。后期血栓机化并伴细小的再管化。病变后期，动脉周围广泛纤维化，常包绕静脉和神经形成纤维索条。受累静脉的病理变化与动脉相似。血管壁的交感神经可发生神经周围炎，神经退行性变和纤维化。血管闭塞的同时，虽可逐渐建立侧支循环，但常不足以代偿。