Rozwój POChP jest związany z lokalną, nieprawidłową reakcją zapalną w tkance płucnej, będącą odpowiedzią organizmu na działanie szkodliwych substancji dostarczanych drogą wziewną i występującą u osób predysponowanych (wiek, czynniki genetyczne i inne wymienione w sekcji czynniki ryzyka). Dochodzi do bezpośredniego uszkodzenia płuc z rozwojem rozedmy i zwłóknieniem drobnych dróg oddechowych, co prowadzi do upośledzenia wymiany gazowej.
Zmiany dotyczą głównie końcowych odcinków dróg oddechowych oraz naczyń płucnych. Polegają na charakterystycznym zapaleniu ze zwiększoną ilością neutrofili w świetle dróg oddechowych, makrofagów w świetle dróg oddechowych, ich ścianach, a także w miąższu płucnym oraz limfocytów T CD8+ w ścianach dróg oddechowych i miąższu płucnym (zwiększona jest również liczba limfocytów T CD4+, ale w mniejszym stopniu niż CD8+; stosunek CD8+ do CD4+ zwiększa się).
W okresie zaostrzeń stwierdza się również zwiększoną ilość eozynofilów w plwocinie i ścianach dróg oddechowych, a w przypadku współistniejącej infekcji – limfocytów B.