人类很容易被结核菌感染，但人体对感染的反应一方面取决于细菌的数量与毒力的大小，另一方面很大程度上取决于免疫力的强弱。因此，患者被结核菌感染后的反应与以往是否有过感染及由感染引起的免疫反应有关。第1次感染称原发感染或初次感染;在体内已建立免疫反应或迟发性过敏反应后发生的感染称为原发后感染(post-primary infection)或再感染，两者在体内的反应是不相同的。
一般在初次结核感染3～4周后，随着体内细胞免疫或迟发性过敏反应的建立，早期的非特异性炎症反应被肉芽肿性结核结节所取代，结节主要由淋巴细胞、巨噬细胞组成，中心常有干酪样坏死，此时90%的患者感染被控制，播散被遏制。这类患者虽被结核菌感染，但由于免疫力较强，未发展成结核病，临床也无表现，只有少数小儿及免疫力低下的成人可直接由原发感染发展成结核病。
肾结核至于原发后感染或再感染多见于原发感染灶已消退，细胞免疫已建成，但体内又重新出现结核。现在多认为这类感染为早期原发感染播散时留下的病灶重新复发，即为内源性再感染。据报道约5%的患者于原发感染2～5年后，肺部出现结核;另有约5%的患者则于原发感染后10～20年或更长的时间始出现其他肺外结核如肾结核、骨关节结核和淋巴结核等临床症状。由于机体已感染致敏，并已具有细胞免疫的功能，故能限制感染的播散，但组织破坏则较显著，与原发感染有着显著的差别。
肾结核几乎都继发于肺结核感染，也偶见继发于骨关节、淋巴及肠结核。结核杆菌到达肾脏的途径有4种，即经血液、尿路、淋巴管和直接蔓延。后两种径路的感染比较少见，只在特殊情况下发生。经尿路感染也只是结核病在泌尿系统的一种蔓延，不是结核菌在泌尿系统最初引起感染的途径。结核杆菌经血行到达肾脏，是已被公认的最主要和最常见的感染途径;而肾结核的血行感染以双侧同时感染机会较多，但在病情发展过程中，一侧病变可能表现严重，而对侧病变发展缓慢。如果患者抵抗力降低，病情迅速发展，可能表现为双侧肾脏严重病变。病理检查证明80%以上的病例是双侧感染。但实际上因大多数患者对侧轻度病变能自行愈合，所以临床上所见的肾结核多以单侧为主，约占85%以上，而双侧肾结核在临床上约占10%。
肾结核主要病理变化为肾皮质的阻塞性缺血性萎缩，肾髓质的干酪样坏死空洞形成及尿路的纤维化和梗阻。
结核杆菌经血行到达肾脏后进入肾小球毛细血管丛中，若患者免疫力强，菌量少，毒力弱，则病变局限于肾皮质内，形成多个小肉芽肿，多数可全部自愈;若患者免疫力低下，菌量大，毒力强，则结核杆菌到达肾髓质和乳头，病变进行性发展，结核结节彼此融合、坏死，形成干酪样病变，后者液化后排入肾盏形成空洞，则罕有自行愈合者。肾盂、肾盏黏膜上的结核可在肾内经淋巴、血行或直接蔓延累及全肾或播散于肾脏其他部位。若肾盏纤维化狭窄，可形成局限性闭合性脓肿。肾盂结核性纤维化造成梗阻时，可使肾脏病变加速发展，成为无功能的结核性脓肾。肾结核病变扩展至肾周围时，可发生结核性肾周围炎或肾周寒性脓肿，甚至发生结核性窦道或瘘管形成。
肾结核的另一病理特点为纤维化和钙化，血管周围纤维化使肾内动脉狭窄，内膜增厚，动脉管腔狭窄而导致肾皮质萎缩，称为“梗阻性肾皮质萎缩”，此为肾结核肾皮质的主要病理改变。肾盏、肾盂和输尿管结核病变纤维化，可使管腔狭窄，甚至完全梗阻。晚期肾结核可形成钙化，先出现于空洞边缘，呈斑点状。脓肾可形成特有的贝壳样钙化。如患侧输尿管完全梗阻，则来自肾脏的结核性尿液不能流入膀胱，膀胱结核可好转甚至愈合，临床症状完全消失，称为“肾自截”，多在体检超声或腹部X线平片偶然发现。此时，肾脏内的干酪样组织内仍可有存活的结核杆菌长期存在，故亦应摘除病肾。
结核菌可经肾脏下传至输尿管，侵犯输尿管黏膜、黏膜固有层及肌层。结核结节于黏膜上形成表浅潜行的溃疡，其基底为肉芽组织，可发生明显的纤维化而使输尿管增粗、变硬，形成僵直的条索，管腔节段性狭窄，甚至完全闭塞。输尿管狭窄多见于输尿管膀胱连接部的膀胱壁段，其次为肾盂输尿管连接部，中段者少见。
膀胱结核继发于肾结核，最初结核结节出现在患侧输尿管口附近，然后向其他部位扩散，蔓延至三角区及整个膀胱。结核结节呈浅黄色粟粒样，可相互融合，坏死后形成溃疡。溃疡病变侵及肌层，发生严重纤维组织增生和瘢痕收缩，使膀胱容量变小，达到50ml以下，称为“挛缩膀胱”。膀胱纤维组织增生，可使输尿管口狭窄或闭合不全，形成洞穴状。二者可因梗阻或排尿时尿液向输尿管反流，致使肾积水;闭合不全还可使膀胱内感染的尿液上行感染对侧肾脏。膀胱病变严重、溃疡深在时，可穿透膀胱壁，向阴道或直肠内穿孔形成膀胱阴道瘘或膀胱直肠瘘。
肾结核男性患者中约50%～70%合并生殖系结核病。男性生殖系结核虽主要从前列腺和精囊开始，但临床最明显的为附睾结核。在并发生殖系结核的肾结核病人中，约40%患者附睾结核出现在肾结核之前或与之同时出现。
尿道结核主要病理改变为溃疡和狭窄，引起排尿困难和尿道瘘并可加重肾脏损害。
