光镜下可见瓣膜的退行性变自基底部开始，病变主要累及纤维层，随着年龄的增长，瓣膜胶原纤维增生、致密，边缘模糊，排列紊乱及黏液样变性。变性自纤维深层至浅层逐渐扩展，呈“花瓣”形淡染区域，其边缘及内部有胶原及弹力纤维细丝连接并有脂质聚集。细胞核固缩、减少。弹力纤维崩解。瓣膜海绵层与纤维层之间的胶原弹力纤维分隔不破坏及消失。细小的钙盐颗粒首先沉积于瓣膜基底部胶原纤维黏液样变性及脂质聚集区域，并随黏液样变性及脂质聚集的扩展而扩展。严重时累及整个瓣叶纤维层，形成多灶性、无定形钙斑。周围有纤维组织包绕、薄壁血管增生及出血、炎性细胞浸润、偶有异物样巨细胞。主动脉瓣及二尖瓣前叶的严重钙斑形成主要见于瓣叶中部及远端。半月瓣小结亦可受累。而二尖瓣后叶钙化则以瓣环为重。
电镜下可见瓣膜中细胞成分明显减少，纤维细胞皱缩呈长菱形，核固缩。胞质中见变性的线粒体及空泡状残余体，细胞外基质中可见基质小泡，后者钙化并聚集。有学者研究证实瓣膜中的基质小泡源于衰老的纤维细胞胞质的自吞噬泡。它们随细胞崩解而释放于基质中。这种具有脂膜结构的基质小泡就是光镜下的脂质，其中的酸性磷脂与钙具有极强的结合力。
