有關藥物性肺病的發病機制目前尚不十分清楚，其可能機制如下：①氧自由基損傷，②細胞毒藥物對肺泡毛細血管內皮細胞的直接毒性作用，③磷脂類物質在細胞內沉積，④免疫系統介導的損傷，除此之外，肺臟不僅具有呼吸功能，還具有代謝功能，現已知肺臟參與了一些重要的血管活性物質如前列腺素，血管緊張素，5-羥色胺和緩激肽等的代謝，但有關肺臟是否參與藥物的代謝目前尚不清楚。
氧自由基損傷被認為是一種重要的損傷途徑之一，尤其在藥物所致的急性肺損傷中，氧自由基損傷可能起著重要作用，以抗感染藥物呋喃妥因為例，體外試驗證明，呋喃妥因可以使肺內細胞產生過量的過氧化氫(H202)，氫氧離子(OH)，超氧陰離子(O2-)，和單原子氧(1O2)，這些氧自由基可對重要細胞的功能產生損害，導致肺泡彌漫性損傷，肺泡上皮通透性增高，肺泡內有纖維素樣滲出物，透明膜形成，出血，水腫，繼之間質成纖維細胞增生，形成肺間質纖維化，化療藥物對肺的損傷主要是通過對肺的直接損傷，抗腫瘤藥物博來霉素導致的肺間質纖維化是典型代表，雖然博來霉素導致肺間質纖維化的確切機制尚不清楚，但有證據表明，肺臟和皮膚上皮細胞中特異性滅活博來霉素的酶的含量較其他臟器的上皮細胞低，因此博來霉素易在肺臟和皮膚的上皮細胞中聚集，之后博來霉素通過核膜進入細胞核，造成DNA片段的損傷，博來霉素對肺的損傷具有劑量和年齡依賴性的特征，胺碘酮對肺的損傷主要是導致肺泡巨噬細胞和肺泡II型上皮細胞內磷脂沉積，目前已有20多種藥物被確認可導致機體細胞，尤其是肺臟內細胞的磷脂沉積，據報道這些藥物導致的磷脂沉積是由于細胞內磷脂分解代謝障礙所致，但此作用是可逆的，停藥后磷脂代謝可恢復正常，藥物通過免疫介導導致的機體損害如藥物性系統性紅斑狼瘡(SLE)是藥物性肺病另一種發病機制，目前已知至少有20種藥物可引起SLE，歸納起來可分為2組，第一組可導致抗核抗體產生，但僅少數病人出現SLE癥狀；另一組雖然很少產生抗核抗體，但幾乎都發生SLE，由于這些藥物本身無免疫源作用，因此有學者認為這些藥物進入體內后可能起到佐劑或免疫刺激物的作用，使機體產生自身抗體。
肺血管改變典型的病理改變為血管中心性炎癥和壞死，可能系Ⅲ型或Ⅳ型變態反應所致。
博來霉素有4%～40%的病人發生肺部病變，其中有1%～7%的病人可發生死亡，其發病機制可能與博來霉素直接導致肺臟內細胞DNA斷裂有關，其導致肺部病變發生率與博來霉素用藥的累計劑量，年齡，吸入氧氣濃度，放療及與其他抗腫瘤藥物聯合應用有關，當總計量超過450U或年齡大于70歲時，博來霉素引起肺部病變的發生率就會明顯增加，當同時吸入高濃度氧(25%)時，病人很易在18～48h內發生ARDS。
絲裂霉素導致肺損傷的首例報道在1971年，其確切的發病機制目前尚不清楚。
甲氨蝶呤導致的肺損傷發病率在7%左右，其發病機制仍不明，甲氨蝶呤對肺的毒性與劑量無關，但與用藥頻率有關，有研究表明每天或每周1次給藥肺毒性的發生率較每2到3周給藥1次為高。
阿糖胞苷導致的肺損害與藥物的總劑量和是否聯合使用其他抗腫瘤藥物有關，其發病率從5%～44%不等。
硫唑嘌呤導致肺損害的發病率較低，由于此藥往往與其他能導致肺纖維化的藥物共同使用，因此很難斷定肺損害一定與硫唑嘌呤有關，但到目前為止至少有4篇共27例病人發生的間質性肺損害與硫唑嘌呤有關。
卡氮介其肺毒性發生率從1.5%～20%不等并且與藥物劑量有關，文獻報道當總劑量達到1500mg/m2時，肺毒性的發生率可達50%。
胺碘酮是一種抗心律失常藥物，其導致肺毒性的發生率約5%，由此所致的死亡率10%～20%，胺碘酮導致肺損傷的機制目前尚不清楚，一方面，可能與胺碘酮導致細胞磷脂代謝障礙有關，另一方面，可能與胺碘酮引起機體發生細胞免疫反應有關。