组织学观察I、Ⅱ期静脉血管窦充血或间质出血，脂肪细胞被红细胞的积聚而分开，被脂细胞所限制该红细胞形成网状。黄骨髓坏死，脂肪细胞核消失。晚期，脂肪细胞破碎，脂肪细胞碎裂伴有嗜酸性类纤维素网状坏死。Ⅲ、Ⅳ期儿童股骨头缺血性坏死标本，额状切开观察，Patterson将其分为5层。
第一层，软骨坏死区：股骨头负重区，软骨失光泽，且轻微变色，呈棕褐色或黄色，软骨断裂坏死，软骨下有一薄层松质骨呈弧形硬化带所分隔。
第二层，软骨下坏死区：呈囊状空虚，死骨为白色砂粒状，碎屑可从软骨裂口逸出，由于软骨下致密骨吸收，而形成水平方向的软骨下间隙(x射线片上为新月征)。
第三层，纤维组织区：呈灰白色，松软，包绕在坏死区周围。此区有丰富的血管再生活跃区。近死骨部骨小梁消失，近活骨区有混合型骨小梁。
第四层，新骨形成区：常位于头颈交界处，有大量新骨沉积于原有骨小梁上，使之增粗。
第五层，正常骨小梁区：为一层薄而充满正常髓细胞区，血运丰富充满正常骨髓细胞区。
