(一)发病原因
黄韧带骨化的发病原因尚不清楚，一般认为与局部力学因素、代谢异常、家族遗传等众多因素关系密切。各种使黄韧带的骨附着部负荷异常增强的因素都有可能造成韧带损伤，而反复的损伤累及和反应性修复过程将导致韧带的骨化。
与后纵韧带骨化的发病情况一样，黄韧带骨化症在日本、东南亚等以食稻谷等含糖量较高食物为主的地区及患有糖尿病的人群中多发，可见黄韧带骨化与糖代谢等全身情况有关。许多学者提出黄韧带骨化实际上属于脊柱韧带骨化症的一部分，也有人提出该病与遗传因素，如HLA抗原系统、种族差异均有关，因曾有一例同卵双生子同时患有黄韧带骨化并发后纵韧带骨化的报道。
(二)发病机制
黄韧带骨化多开始于其在椎板上缘附着处和上关节突的内侧，并逐渐向上方、前方和中线方向发展，且向前发展还可以引起所谓椎弓根肥厚(hyperostosis of pedicle)。病理组织学研究表明，黄韧带骨化方式主要是软骨内成骨。在病变早期，纤维结构排列紊乱，胶原纤维显著增生，弹力纤维极度减少。在肿胀的胶原纤维中，有许多纤维软骨细胞及大量岛状骨化灶，骨化灶中有骨小梁、骨髓腔及哈佛管。正常情况下，黄韧带的营养血管存在于椎板边缘的中线部及上关节突的前部，在骨化灶正形成时，可在其边缘发现大量血管组织伴随。
曾有学者发现黄韧带钙化灶中有软骨化生及软骨内骨化，因而考虑黄韧带的钙化和骨化属同一病理过程中的不同阶段，但绝大多数学者认为，黄韧带钙化和骨化是两个截然不同的病理过程。黄韧带钙化时厚度明显增加，并含有骨砂样或石灰乳样结节，光镜检查为钙盐沉着于纤维或软骨基质中，钙化灶周围有较多的多核巨细胞、组织细胞、淋巴细胞浸润，呈肉芽肿样异物反应，与以骨小梁、骨髓结构为特征的黄韧带骨化是完全不同的。对钙化物进行X线衍射分析，发现其为羟基磷灰石、焦磷酸钙、磷酸钙等矿物质结晶体。
颈椎黄韧带骨化形成结节突起，造成由韧带病变引起的骨性椎管狭窄。黄韧带椎板间部及关节囊部的骨化分别造成椎管中央部或神经根管部狭窄，或者椎管中央部及神经根管部同时都有狭窄，压迫局部颈髓及神经根，脊髓神经出现充血、水肿、直径变细、脱髓鞘等病理改变。神经系统的损害，除因局部反复受到的轻微压迫所致外，还与长期存在的轻度微循环障碍有关。