作為結石形成的一般規律，它們具有膽汁成分的析出、沉澱、成核及積聚增長等基本過程。其發病機理包括幾種要素，首先，膽汁中的膽固醇或鈣必須過飽和;其次，溶質必須從溶液中成核並呈固體結晶狀而沉澱;第三，結晶體必須聚集和融合以形成結石，結晶物在遍佈於膽囊壁的粘液，凝膠裡增長和集結，膽囊排空受損害有利於膽結石形成。
膽固醇結石----膽固醇結石形成的基礎為膽汁中膽固醇、膽汁酸以及卵磷脂等成分的比例失調，導致膽汁中的膽固醇呈過飽和狀態而發生成晶、析出、結聚、成石。大部分膽汁中的膽固醇來源於肝細胞的生物合成，而不是飲食中膽固醇的分泌。膽固醇結石的形成，主要是由於肝細胞合成的膽汁中膽固醇處於過飽和狀態，以及膽汁中的蛋白質促膽固醇晶體成核作用，另外的因素則應歸因於膽囊運動功能損害，它們共同作用，致使膽汁淤滯，促發膽石形成。此外，目前還有一些研究顯示，膽囊前列腺素合成的變化和膽汁中鈣離子濃度的過高也可能促發膽石形成。在部分患者中，膽石形成的前提條件是膽泥生成。所謂膽泥，是由含膽固醇晶體的粘滯的糖蛋白組成。這種膽泥在超聲下可以查見，並且可能是膽絞痛、胰腺炎或膽管炎患者進行輔助檢查所能發現的唯一異常處。
膽色素結石----包括黑色結石和棕色結石兩種。黑色結石主要在患有肝硬變或慢性溶血性疾病患者的膽囊內形成，而棕色結石則既可在膽囊，又可在膽道內形成。細菌感染是原發性膽管結石形成的主要原因。原發性膽管結石在亞洲十分常見，感染源可能歸咎於寄生蟲如華支睪吸蟲或其它不太清楚的病因。
膽結石患病隨年齡增加而增加，並且好發於女性。育齡婦女與同齡男性的患病比率超過3：1，而七十歲以後則下降到2：1。懷孕、肥胖、西化的飲食、全胃腸外營養等因素可增加膽結石的患病風險。另外，人種因素亦與發病相關，如美國西部印第安人患病率超過75%，是全球膽石最高發的人群。 造成膽結石“重女輕男”的主要原因可能有：
1.喜靜少動。許多女性尤其是中年女性，往往呆在家裡的時間多，運動和體力勞動少，天長日久其膽囊肌的收縮力必然下降，膽汁排空延遲，容易造成膽汁淤積，膽固醇結晶析出，為形成膽結石創造了條件。另外由於女性身體中雌激素水平高，會影響肝內葡萄糖醛酸膽紅素的形成，使非結合膽紅素增高，而雌激素又影響膽囊排空，引起膽汗淤滯，促發結石形成。絕經後用雌激素者，膽結石發病率明顯增多。
2.體質肥胖。許多女性平時愛吃高脂肪、高糖類、高膽固醇的飲品或零食，這一嗜好的直接成果就是身體發福，而肥胖是患膽結石的重要基礎。研究表明，體重超過正常標準15%以上的人，膽結石發病率比正常人高5倍。40歲以上體胖女性，是膽結石最高發人群，此時，女性雌激素會使得膽固醇更多地聚集在膽汁中。
3.不吃早餐。現代女性中不吃早餐的恐怕要比吃早餐的多，而長期不吃早餐會使膽汁濃度增加，有利於細菌繁殖，容易促進膽結石的形成。如果堅持吃早餐，可促進部分膽汁流出，降低一夜所貯存膽汁的黏稠度，降低患膽結石的危險。
4.多次妊娠。女性在妊娠期間膽道功能容易出現紊亂，造成平滑肌收縮乏力，使膽囊內膽汁瀦留，加之妊娠期血中膽固醇相對增高，容易發生沉澱，形成膽結石的機會則大大增加，而多產婦女發病率則更高。
5.餐後零食。現在我國很多家庭可以見到這樣的情形，一家人吃完晚飯後，悠閒地坐在沙發上，邊吃零食邊聊天邊看電視。這種餐後坐著吃零食的習慣可能是我國膽結石發病率逐高的原因之一。當人呈一種蜷曲體位時，腹腔內壓增大，胃腸道蠕動受限，不利於食物的消化吸收和膽汁排洩，飯後久坐妨礙膽汁酸的重吸收，致膽汁中膽固醇與膽汁酸比例失調，膽固醇易沉積下來。
6.肝硬化者。這與肝硬化病人身體中對雌激素滅活功能降低有關，身體中雌激素滅活功能降低，則雌激素水平較高，加上肝硬化病膽囊收縮功能低下、膽囊排空不暢、膽道靜脈曲張、血中膽紅素升高等多種因素可造成膽結石。
7.遺傳因素。遺傳因子在明確膽結石危險性方面顯然起著重要作用。膽結石在膽固醇膽石症患者的近親中更經常產生。美國西南部的當地美國人患膽固醇膽石症的危險性很大(>80%)，這一點似乎包含一種遺傳因素。
