膝关节是由两根骨头（股骨和胫骨）组成，四组韧带(内侧副韧带,外侧副韧带,前交叉韧带,后交叉韧带)共同固定的关节。髌骨也是正常膝关节解剖结构的一部分，股骨和胫骨的末端，以及髌骨的内侧都有关节软骨覆盖，形成一个光滑的表面，允许无摩擦无痛的运动。

正常膝关节周围存在滑膜包绕，它能产生少量粘液（滑液），这种液体有助于滋养软骨和保持润滑。滑膜外也存在坚硬的外层（关节囊），它可以保护和支持关节。

类风湿性关节炎时，身体自身攻击自己的关节。免疫系统的代表——白细胞游移至滑膜并造成炎症，发炎的滑膜会产生发热、发红、肿胀和疼痛的感觉。在炎症过程中，滑膜增厚导致关节肿胀。随着类风湿性关节炎的发展，异常的滑膜细胞入侵并侵蚀关节内的软骨和骨头。周围的肌肉、韧带和肌腱也会退化。

退化性关节炎时，表层软骨破坏和磨损，导致关节内的骨组织直接摩擦在一起。这种疾病通常表现为疼痛、肿胀和运动受限。长此以往，关节可能会失去正常的形态，随时间逐渐变形，关节的边缘也可能出现骨刺。一部分股和软骨破坏后，会漂浮在关节腔内，造成更多的痛苦和伤害。

感染也是膝盖痛的一个常见原因。

膝盖疼痛的具体位置有时也可以作为帮助获得准确诊断的有用信息。

膝盖前部疼可能是因为滑囊炎、关节炎或者髌骨软骨软化。

膝盖侧部的疼痛常与侧韧带受伤、关节炎、半月板撕裂等有关。

膝盖后部的疼痛可能是因为关节炎或者贝克囊肿（膝关节后部滑液累积）。