子宫腺肌症在病理显微镜下的特征是子宫肌层出现了子宫内膜腺体和间质，通常在子宫后壁会更加广泛和明显。这时子宫后壁增厚，临床上通过阴道超声或核磁确定。异位在子宫肌层的腺体和间质也会受到月经周期的影响，临床上会表现异常出血和痛经。如果是病变位于子宫的深肌层，患者症状会更加严重，在子宫的大体标本上，往往是选取含有血腔小囊腔区域取材。如果是存在腺肌瘤，腺体周围会有平滑肌的明显增生，这时可见子宫肌层的瘤结节。
在病理诊断上，腺肌瘤和腺肌症的区别在于腺肌瘤有较多增生的平滑肌组织。子宫内膜腺体周围有典型的子宫内膜间质细胞，是子宫内膜腺肌症最典型的表现。有时往往病变并不典型，这时要寻找腺体存在过的证据，比如新鲜出血或陈旧性出血，可以帮助明确诊断。
