第一、中层改变
内膜发生病变的同时，中层变性改变。包括肌纤维萎缩和坏死，代之为胶原纤维和其后钙质的沉积，仅少数病例于后期在肌性血管出现环状排列的中层钙化，其内膜常不出现动脉粥样硬化斑块。动脉硬化性闭塞症常累及肢体大、中动脉，发生肢体动脉高位狭窄和闭塞，动脉硬化病变广泛，常引起肢体严重的血供不足和发生坏疽。
第二、内膜和内膜下改变
在血管壁最有意义的改变是在内膜下组织的动脉粥样硬化斑块形成，和过量的纤维物质（特别是无血管的胶原纤维）沉积，并因此使内膜结构增厚。
动脉粥样硬块呈黄色肿块，突入管腔。组织学所见为内皮细胞、成纤维细胞、泡沫细胞增生和大量脂质浸润，后期可见钙质沉积，内膜这样改变有利于血栓生成，几经反复使管腔发生阻塞和出血。