年轻人，膝关节滑膜炎主要是因膝关节扭伤和多种关节内损伤而造成的，如半月板损伤、滑膜损伤、交叉韧带或侧副韧带损伤，关节内积液或有时积血，表现为急性膝关节外伤性滑膜炎。关节内损伤和脱位，有时也可因单纯膝关节滑膜损伤所致，如外伤较轻，或长期慢性膝关节劳损。加上风、寒、湿邪侵袭，可使膝关节逐渐出现肿胀和功能障碍者，则形成慢性膝关节滑膜炎。另一种原因是感染，其中常见的是滑膜结核，一般讲，滑膜内血管丰富，血液循环良好，对细菌抵抗力较强，但在感染结核菌的情况下，病情进展较缓慢，其症状表现时好时坏，此为膝关节慢性滑膜炎之一。
膝关节滑膜炎，在老年人多继发于膝关节骨关节炎，主要是因软骨退变与骨质增生产生的机械性生物化学性刺激，继发膝关节滑膜水肿、渗出和积液等。
关节肿胀型主要是过度运动后肿胀为主，疼痛轻重不一。非肿胀型，以关节疼痛为主，常伴有轻度肿胀。研究证实，两种类型实质相同，只是滑膜病理改变程度不同而异。研究者发现，当膝关节长时间单一动作超量运动之后，滑膜组织充血水肿，红、白细胞及纤维素渗出与关节腔内压升高及氧分压下降呈正相关系，且当渗出速度超过滑膜代偿性吸收速度时，关节积液，进而使关节腔内压继续升高，氧分压继续下降的恶性循环，久之滑膜退变脂肪化生等慢性无菌炎症形成，从而认为，超量运动之后，创伤性滑膜炎的发生，不仅与关节面的重复揰击，关节囊的损伤有关，而且在病程的发展及转归方面起着重要作用。
膝关节滑膜损伤后，滑膜呈现充血、水肿和中性粒细胞浸润。滑膜血管扩张，血浆和细胞外渗，产生大量渗出液，同时滑膜细胞活跃，产生大量粘液素。渗出液中含有红细胞、白细胞、胆红质、脂肪、粘液素和纤维素等。严重者关节积液呈血性。关节肿胀及活动受限。如不及时处理，晚期可发生滑膜肥厚、关节内粘连和软骨变性等。如果反复损伤，滑膜反应即可转为慢性，表现为淋巴细胞和浆细胞浸润。这些现象均为非特异性滑膜反应。严重损伤造成滑膜缺损时，其愈合较快，这是由于滑膜细胞可以再生和增生，同时其它组织和细胞也可以生化为滑膜细胞。但是严重增生性膝关节炎，滑膜绒毛水肿、肥大、增厚，形成许多大小不等、形状各异的滑膜皱襞，滑膜下结缔组织组纤维增生，以及滑膜组织生物学的老化等，使滑膜组织再生与修复能力显着降低。