有关药物性肺病的发病机制目前尚不十分清楚，其可能机制如下：①氧自由基损伤，②细胞毒药物对肺泡毛细血管内皮细胞的直接毒性作用，③磷脂类物质在细胞内沉积，④免疫系统介导的损伤，除此之外，肺脏不仅具有呼吸功能，还具有代谢功能，现已知肺脏参与了一些重要的血管活性物质如前列腺素，血管紧张素，5-羟色胺和缓激肽等的代谢，但有关肺脏是否参与药物的代谢目前尚不清楚。
氧自由基损伤被认为是一种重要的损伤途径之一，尤其在药物所致的急性肺损伤中，氧自由基损伤可能起着重要作用，以抗感染药物呋喃妥因为例，体外试验证明，呋喃妥因可以使肺内细胞产生过量的过氧化氢(H202)，氢氧离子(OH)，超氧阴离子(O2-)，和单原子氧(1O2)，这些氧自由基可对重要细胞的功能产生损害，导致肺泡弥漫性损伤，肺泡上皮通透性增高，肺泡内有纤维素样渗出物，透明膜形成，出血，水肿，继之间质成纤维细胞增生，形成肺间质纤维化，化疗药物对肺的损伤主要是通过对肺的直接损伤，抗肿瘤药物博来霉素导致的肺间质纤维化是典型代表，虽然博来霉素导致肺间质纤维化的确切机制尚不清楚，但有证据表明，肺脏和皮肤上皮细胞中特异性灭活博来霉素的酶的含量较其他脏器的上皮细胞低，因此博来霉素易在肺脏和皮肤的上皮细胞中聚集，之后博来霉素通过核膜进入细胞核，造成DNA片段的损伤，博来霉素对肺的损伤具有剂量和年龄依赖性的特征，胺碘酮对肺的损伤主要是导致肺泡巨噬细胞和肺泡II型上皮细胞内磷脂沉积，目前已有20多种药物被确认可导致机体细胞，尤其是肺脏内细胞的磷脂沉积，据报道这些药物导致的磷脂沉积是由于细胞内磷脂分解代谢障碍所致，但此作用是可逆的，停药后磷脂代谢可恢复正常，药物通过免疫介导导致的机体损害如药物性系统性红斑狼疮(SLE)是药物性肺病另一种发病机制，目前已知至少有20种药物可引起SLE，归纳起来可分为2组，第一组可导致抗核抗体产生，但仅少数病人出现SLE症状；另一组虽然很少产生抗核抗体，但几乎都发生SLE，由于这些药物本身无免疫源作用，因此有学者认为这些药物进入体内后可能起到佐剂或免疫刺激物的作用，使机体产生自身抗体。
肺血管改变典型的病理改变为血管中心性炎症和坏死，可能系Ⅲ型或Ⅳ型变态反应所致。
博来霉素有4%～40%的病人发生肺部病变，其中有1%～7%的病人可发生死亡，其发病机制可能与博来霉素直接导致肺脏内细胞DNA断裂有关，其导致肺部病变发生率与博来霉素用药的累计剂量，年龄，吸入氧气浓度，放疗及与其他抗肿瘤药物联合应用有关，当总计量超过450U或年龄大于70岁时，博来霉素引起肺部病变的发生率就会明显增加，当同时吸入高浓度氧(25%)时，病人很易在18～48h内发生ARDS。
丝裂霉素导致肺损伤的首例报道在1971年，其确切的发病机制目前尚不清楚。
甲氨蝶呤导致的肺损伤发病率在7%左右，其发病机制仍不明，甲氨蝶呤对肺的毒性与剂量无关，但与用药频率有关，有研究表明每天或每周1次给药肺毒性的发生率较每2到3周给药1次为高。
阿糖胞苷导致的肺损害与药物的总剂量和是否联合使用其他抗肿瘤药物有关，其发病率从5%～44%不等。
硫唑嘌呤导致肺损害的发病率较低，由于此药往往与其他能导致肺纤维化的药物共同使用，因此很难断定肺损害一定与硫唑嘌呤有关，但到目前为止至少有4篇共27例病人发生的间质性肺损害与硫唑嘌呤有关。
卡氮介其肺毒性发生率从1.5%～20%不等并且与药物剂量有关，文献报道当总剂量达到1500mg/m2时，肺毒性的发生率可达50%。
胺碘酮是一种抗心律失常药物，其导致肺毒性的发生率约5%，由此所致的死亡率10%～20%，胺碘酮导致肺损伤的机制目前尚不清楚，一方面，可能与胺碘酮导致细胞磷脂代谢障碍有关，另一方面，可能与胺碘酮引起机体发生细胞免疫反应有关。