膝盖骨关节疼痛的原因主要是由于关节炎症或创伤、肿瘤刺激，以及神经病变刺激导致。最主要、最常见的是关节炎症和创伤性的刺激，当炎症和创伤性刺激软骨下骨和滑膜后，会出现膝盖骨关节的疼痛，因为软骨本身并无神经末梢，无法感受疼痛，所以患者仅出现软骨损害，不会产生明显疼痛。
当软骨损害磨损后，关节面不平整，受力不均，因为损伤会刺激关节的滑膜产生滑膜炎症，产生大量积液，会刺激软骨下骨。因为受力不均会刺激软骨下骨，使软骨下骨的受力不均匀，甚至出现骨髓水肿，滑膜和软骨下骨都会由于刺激导致关节疼痛。所以骨关节疼痛主要来源于炎症和创伤性的刺激，导致关节滑膜和软骨下骨，因机械、力学刺激、化学性刺激，以及生物学刺激，产生疼痛的感觉。
