上尿路结石与下尿路结石的形成机制、病因、结石成份和流行病学有显著差异。上尿路结石大多数为草酸钙结石。膀胱结石中磷酸镁铵结石较上尿路多见。虽然部分肾结石有明确的原因，如甲状旁腺机能亢进、肾小管酸中毒、海绵肾、痛风、异物、长期卧床、梗阻和感染等，但大多数钙结石的形成原因目前仍不能完满解释。成核作用、结石基质和晶体抑制物质学说是结石形成的三种最基本学说。根据上尿路结石形成机制的不同，有人将其分为与代谢因素有关的结石和感染性结石。
代谢性结石是由于代谢紊乱所致，如甲状旁腺机能亢进，各种原因引起的高尿钙症、高尿酸尿症和高草酸尿症等。高浓度化学成份损害肾小管，使尿中基质物质增多，盐类析出，形成结石。感染性结石是由于产生尿素酶的细菌分解尿液中的尿素而产生氨，使尿液碱化，尿中磷酸盐及尿酸铵等处于相对过饱的状态，发生沉积所致。细菌、感染产物及坏死组织亦为形成结石之核心。
影响尿路结石形成的因素许多因素影响尿路结石的形成。尿中形成结石晶体的盐类呈超饱和状态，尿中抑制晶体形成物质不足和核基质的存在，是形成结石的主要因素。
(一)流行病学因素
包括年龄、性别、职业、社会经济地位、饮食成份和结构、水分摄入量、气候、代谢和遗传等因素。上尿路结石好发于20～50岁。男性多于女性。男性发病年龄高峰为35岁。女性有两个高峰，30岁及55岁。在二次世界大战时，上尿路结石发病率降低，而其间隙期间以及近四十年来发病率大大上升，提示与经济收入和饮食结构变化有关。实验证明，饮食中动物蛋白、精制糖增多，纤维素减少，促使上尿路结石形成。大量饮水使尿液稀释，能减少尿中晶体形成。相等高温环境及活动减少等亦为影响因素，但职业、气候等不是单一决定因素。
(二)尿液因素
1.形成结石物质排出过多：尿液中钙、草酸、尿酸排出量增加。长期卧床，甲状旁腺机能亢进(再吸收性高尿钙症)，特发性高尿钙症(吸收性高尿钙症一肠道吸收钙增多或肾性高尿钙症-肾小管再吸收钙减少)，其它代谢异常及肾小管酸中毒等，均使尿钙排出增加。痛风，尿持续酸性，慢性腹泻及噻嗪类利尿剂均使尿酸排出增加。内源性合成草酸增加或肠道吸收草酸增加，可引起高草酸尿症。
2.尿酸性减低，pH增高。
3.尿量减少，使盐类和有机物质的浓度增高。
4.尿中抑制晶体形成物质含量减少，如枸橼酸、焦磷酸盐、镁、酸性粘多糖、某些微量元素等。
(三)解剖结构异常如尿路梗阻，导致晶体或基质在引流较差部位沉积，尿液滞留继发尿路感染，有利于结石形成。
(四)尿路感染
大多数草酸钙结石原因不明。磷酸钙和磷酸镁铵结石与感染和梗阻有关。尿酸结石与痛风等有关。胱氨酸结石是罕见的家族性遗传性疾病，尿中排出大量胱氨酸所致。
尿结石成分及其性质草酸钙结石质硬，粗糙，不规则，常呈桑椹样，棕褐色。磷酸钙、磷酸镁铵结石易碎，表面粗糙，不规则，灰白色、黄色或棕色，在X光片中可见分层现象，常形成鹿角形结石。尿酸结石质硬，光滑或不规则，常为多发，黄或红棕色，纯尿酸结石在X光片中不被显示。胱氨酸结石光滑，淡黄至黄棕色，蜡样外观。
病理生理尿路结石所致之病理生理改变，与结石部位、大小、数目、继发炎症和梗阻程度等因素有关。尿路结石在肾和膀胱内形成。绝大多数输尿管结石和尿道结石是结石排出过程中，停留在该处所致。尿路结石可引起泌尿系统直接损伤、梗阻、感染和恶性变。
肾盏结石可在原位而不增大。亦可增大并向肾盂发展。当肾盏颈部梗阻时，导致肾盏积液或积脓，进一步引起肾实质感染、疤痕形成，甚至发展为肾周感染。肾盏结石亦可进入肾盂或输尿管。结石可自然排出，或停留在尿路某一部位。当结石阻塞肾盂输尿管连接处或输尿管时，可引起急性完全性梗阻或慢性不完全性梗阻。前者在及时解除梗阻后，可无肾脏损害。慢性不完全性梗阻导致肾积水，使肾实质逐渐受损而影响肾功能。较大的肾盂结石对肾实质和肾功能的损害轻微。结石可损伤尿路粘膜导致出血、感染。在有梗阻时更易发生感染。感染与梗阻又可促使结石迅速长大或再形成结石。结石在肾盂或膀胱内偶可引起恶变。结石在肾内逐渐长大，充满肾盂及部分或全部肾盏，形成鹿角形结石。可继发感染，亦可无任何症状。
结石进入输尿管时，常停留或嵌顿于生理狭窄处，即肾盂输尿管联接处、输尿管跨越髂血管处及输尿管膀胱联接处。由于输尿管内径自上而下由粗变细，结石位于输尿管下1/3处最为多见。
