大多數(shù)尿路結石開始于腎單位集合管與腎盂乳頭交界處的間質(zhì)磷灰石斑 (稱為蘭德爾斑)。這些斑塊從尿路上皮下開始，然后逐漸生長，直至突破進入腎盂。一旦持續(xù)接觸尿液，通常會在磷酸鈣巢上形成草酸鈣層（所有蘭德爾斑塊均由磷酸鈣組成）。當尿液pH值低于7.2時，往往會形成草酸鈣結石，而在堿性更強的尿液中則會形成磷酸鈣結石。甲狀旁腺功能亢進癥和類似的代謝紊亂如腎小管性酸中毒通常會形成主要或主要由磷酸鈣組成的結石。過度酸性尿液是尿酸結石（不是高尿酸尿）的主要原因。

大多數(shù)腎結石由鈣構成，其次是尿素結晶。尿液過飽和是所有腎結石病例的共同點。在某些情況下，草酸鈣結石可能會沉積在腎乳頭中。磷酸鈣結石通常沉淀于亨利氏環(huán)薄層基底膜，并可侵蝕入間質(zhì)。絞痛通常是由于輸尿管擴張和痙攣引起的。