Начинается острый гематогенный остеомиелит распространенным воспалением в костном мозге. В дальнейшем процесс прогрессирует, воспаление принимает характер флегмоны, отмечаются некроз костного мозга, вовлечение губчатой ткани и даже компактной пластинки. В результате гнойного расплавления и одновременного отграничения очагов воспаления уже на 3-й- 4-е сутки от начала заболевания происходит образование гнойников. Далее воспаление распространяется на периост (надкостницу) и мягкие ткани.
При благоприятном течении болезни, адекватном лечении, раннем применении антибиотиков и высокой сопротивляемости макроорганизма развития абсцесса может и не быть, воспаление прекращается до образования участков омертвения. На месте крупных воспалительных очагов нередко образуются кисты. У детей все следы перенесенного воспаления могут исчезать.
Менее благоприятное течение заканчивается инкапсуляцией гнойников в кости. Омертвевшая костная ткань резорбции (рассасыванию) не подвергается и остается плотной. Постепенно развивается характерный для остеомиелита процесс отторжения находящихся в полости гнойника омертвевших участков от окружающей костной ткани. В итоге такие участки оказываются свободно лежащими в полости гнойника. Они препятствуют заживлению очага остеомиелита и не рассасываются самостоятельно. Рентгенологически очаги некроза выявляются к 3-4-й неделе болезни.
Хронический остеомиелит развивается в результате продолжающегося воспалительного процесса в кости. При хроническом процессе в кости образуются четко отграниченные гнойники, содержащие омертвевшие участки. Обострения хронического остеомиелита приводят к сложному поражению кости и ее деформации.