因为患甲状腺眼病时，甲状腺上皮细胞、眼眶前脂肪细胞及成纤维细胞可一起表达共同抗原，是以细胞免疫为主的位点特异性自身免疫性疾病。当患有甲状腺疾病自身免疫反应发生时，眼眶内成纤维细胞抗原的表达是引起甲状腺眼病发病的关键因素，早期组织学的变化会引起大量的淋巴细胞、浆细胞浸润肌肉和肌间膜、结缔组织。成纤维细胞的活化造成球后组织的水肿。水肿及炎症增加了眶内容物及眶内压力，眶内静脉回流受阻，进而影响泪腺、眼睑组织、眼球筋膜、结膜组织等的正常血运。眼球筋膜为一薄层纤维组织覆盖在眼球的表面，自视神经周围向前直到角膜缘附近形成Tenon囊，睫状血管和神经、涡静脉均在Tenon内穿行。当水肿炎症引起眶内压力增高、静脉回流受阻时，这些血管神经首先受累，依靠它们提供营养和血运的眼睑、结膜、角膜就必然失去正常的营养支持，发生代谢障碍，所以会出现眼睑肿胀、结膜充血、流泪及眼干等临床症状。如果病情得不到控制，这些临床症状还要进一步恶化。