遗传性球形细胞增多症的病因和发病机理大约有红细胞的形态异常、红细胞膜化学成分的改变、红细胞代谢功能的改变、脾脏破坏球形细胞的作用等方面。
(1)红细胞的形态异常
遗传性球形细胞增多症(HS)时，红细胞失去了正常红细胞两面凹圆盘形的形状而变成球形，即细胞的直径比正常细胞小，面积与体积比率减小。这种细胞的变形性能显著减低，在脾窦中不易通过，结果在脾内被破坏。有些研究显示，骨髓中幼稚红细胞的形态和物理性能都是相当正常的，但红细胞从骨髓中释放出来后，在电子显微镜观察下，变成口形-球形细胞，只有约5%的细胞是真正的球形细胞。
(2)红细胞膜化学成分的改变
球形细胞膜的化学成分改变是细胞形态和代谢功能改变的基础，可是HS细胞膜缺陷的分子化学至今尚未阐明。研究表明，HS细胞总的脂质是减少的，但是胆固醇、总磷脂及各磷脂成分的相对比例并无异常；HS细胞膜的支架蛋白异常。可能有多种不同的改变都可以导致球形细胞的形成。
(3)红细胞代谢功能的改变
正常情况下血浆中Na+比红细胞内Na+的浓度高约12倍，它可以通过弥散缓慢地透过红细胞膜，进入细胞内。随着Na+的透入，水也随之进入。红细胞必须依靠其钠泵(Na-K-AT P酶)不断地将透入的Na+和水排出细胞外，以维持细胞内外阳离子和水的平衡。HS细胞由于膜功能上的缺陷，Na+透入细胞的速度加快，进入量较多。为了维持细胞内Na+浓度的恒定，钠泵将细胞内Na+排出的活动必须加强。这种细胞代谢活动需要三磷酸腺苷(ATP)供给能量。红细胞的ATP源自细胞内葡萄糖的无氧酵解。因此，细胞内葡萄糖的酵解过程加速，细胞葡萄糖的消耗加速，乳酸的产生也增加。已有研究表明，HS细胞总的糖酵解速度要超过正常20%～30%。这是对胞膜Na+通透性增加的代偿作用。但由于基本缺陷不在钠泵或糖代谢本身，而红细胞内葡萄糖的来源是有限的，不能满足细胞高代谢大量消耗的需求，终于因葡萄糖匮乏，导致ATP的产生减少，Na+和水的排出困难而滞留，胞体肿胀成球形。当这种球形细胞流经脾脏时，在脾窦被留阻、破坏。
在体外，这种红细胞功能上的缺陷可从渗透脆性试验看出。红细胞在低渗盐水中温育的最初12小时内，细胞内葡萄糖逐渐被消耗完，ATP含量降低，结果红细胞失去了控制容量的能力；在24小时内，进入红细胞的Na+超过了逸出红细胞的K+，结果水进入细胞内增多，渗透压增高，红细胞体积增大，渗透脆性增高。体外培育到24～48小时后，膜控制阳离子的通透性完全丧失，红细胞内的阳离子浓度与细胞周围的介质趋于平衡，K+丧失显著，磷酸和许多糖分解的中间产物随之也丧失，结果细胞容量减少，最后血红蛋白也能逸出红细胞，这时“自溶血”现象就发生了。
(4)脾脏破坏球形细胞的作用
有关研究表明，HS细胞的缺陷在红细胞本身，被破坏的场所主要是脾脏，而脾脏的功能是正常的。
在脾脏的微循环中，HS细胞不正常的变形性能使它特别易被破坏。正常红细胞的直径约为8 μm，而脾窦微循环中最狭窄处平均只有3μm。正常红细胞由于其变形性能高，能顺利通过，而HS细胞是球形的，变形性能很差，当进入只有3μm的微循环时，很不容易通过，被阻留、淤滞于脾髓中。在脾髓中，葡萄糖的供应减少，氧张力和pH均较低，使细胞变得更加僵硬，终于遭到脾内巨噬细胞的吞噬和破坏。部分球形细胞即使困难地通过了脾窦，但却因此丧失了部分胞膜，使细胞膜的面积进一步减少，细胞更趋球形，在以后再度流经脾脏时，更容易遭到破坏。
