脊柱侧弯的病理改变，并不局限于椎骨。它可累及椎旁、椎间组织，肋骨、胸廓、椎管及心肺等脏器的改变。不同的病因，不同的程度，其病理改变亦各不完全相同，现将相同的病理改变分述如下：
1.椎骨的改变
椎骨的畸形是脊柱侧弯的基本病理改变，除先天性侧弯外，侧弯患者常随侧弯的加重而产生椎体两侧或椎体前后的高度不等，即楔形改变，左右楔变形成侧弯，前后楔变，常常是前侧高度减少，造成后凸，若两者合并存在则形成侧后凸。椎体两侧不对称，凸侧增大，凸侧椎弓根增粗增长，同侧的横突隆起，椎板增厚，而凹侧椎弓根变短，使椎管呈凸侧长凹侧短而近似横三角形。棘突偏离中线而倒向凹侧。整个椎骨向后旋转。
2.肋骨与胸廓的改变
随着椎骨的旋转，肋骨产生一侧隆起，一侧平陷，凸侧的肋椎角变锐，而凹侧的肋椎角增大，凸侧肋间隙变宽，凹侧肋间隙变窄。由于凸侧肋骨隆起，肋骨角度变小，因而胸廓畸形，凸侧胸腔变窄。肋骨本身也常由扁平形改变为三角形。
3.椎间盘改变
椎间盘的形态随着椎体的楔变而楔变。在凸侧椎间盘增厚，纤维环层次增多，而凹侧间盘变矮，纤维环变薄，而髓核移向凸侧。尽管椎间盘在显微镜下改变不大，但文献报告侧弯患者椎间盘中氨基乙糖含量明显减少。相反，酸性磷酯酶含量增加。同时侧弯可以引起间盘蛋白糖结构变化。
4.椎管的改变
由于脊柱侧弯，生理曲线消失，椎管变形，使脊髓及神经根弛张不一，脊髓偏离椎管中央，常偏向凹侧，紧贴凹侧椎弓根旁，因而畸形加重，可产生脊髓受压或神经根牵拉。
5.椎旁肌改变
脊柱侧弯患者常伴有椎旁肌萎缩，两侧不等，凹侧更为明显。在显微镜下观察，有些肌肉有变性，横纹消失，肌核减少，间隙纤维增生。有些学者发现侧弯患者的椎旁肌部分肌梭结构发生改变，在侧弯角度大于50°者更为明显。有些学者认为特发性脊柱侧弯是肌源性的。
6.胸腔内脏改变
主要是肺脏和心脏的功能改变，由于脊柱侧弯，椎体旋转，引起胸廓畸形及呼吸肌疲劳，肺扩张相应受限。肺功能障碍后，可导致缺氧，低氧血症又可引起血球体积增大，进而导致血粘度增高，微循环阻力加大，肺动脉压升高，右心负荷加大。严重者可导致心肺功能衰竭。
