大量尸檢證實，我國東北華北、西北及西南各病區的各型克山病的病變特征基本一致，鶒是以心肌細胞線粒體損害為主的代謝性心肌病變。肉眼觀心臟呈肌原性擴張，心室向兩側普遍擴張嚴重者呈球形鶒，心室壁常不增厚切面見心肌實質有互相交織的變性、壞死及纖維化病灶。
心內膜有斑片狀增厚，20%的病人有附壁血栓及肺、腦腎、脾、腸系膜和末梢血管栓塞。心臟瓣膜及冠狀動脈基本正常光鏡下，可見心肌細胞彌漫性變性和灶狀壞死以左心室及室間隔多見，且程度較重，而右心室較輕；心室比心房重；心室內、中層比外層重；急型克山病心內膜下心肌壞死可達95%，但兒童心室中、外層病變比心內膜重。
心肌病灶與冠狀動脈的逐級分支密切相關，在兒童亞急型者更明顯。心肌細胞呈顆粒樣變性，其內可有大小不等的空泡變性，或可呈排列整齊的脂肪變性所致的心肌壞死。同一病變中，凝固性及溶解性壞死可混合存在其中急型重癥以凝固性壞死為主，而亞急型則以溶解性壞死為主，常伴有不同程度的繼發性炎癥反應。病變可侵犯傳導系統健康搜索，以雙側束支尤其是右束支病變更嚴重。
電鏡主要可見線粒體腫脹、增生鶒，線粒體嵴破壞、心肌細胞外膜系統損害和毛細血管內皮損傷結合組織化學分析，可見此種病理變化與心肌細胞的氧化、還原代謝系統障礙有關因此有人認為本病是一種以心肌細胞線粒體損害為主要特征的原發性代謝性心肌病(心肌線粒體病)。
應用心內膜心肌活檢術，對潛在型和慢型克山病心肌行電鏡觀察發現，心肌細胞的膜系統有明顯改變內質網、T管、閏盤擴張，線粒體增生、異型，肌原纖維異常分支以及微小的肌溶解和間質纖維化等應用分子生物學技術鶒在心肌病灶周圍或散在分布有凋亡之心肌細胞，提示心肌細胞凋亡也參與了心肌損害的發生與發展。除心肌外，其他臟器如骨骼肌、肺臟、胰腺甲狀腺等多為淤血性改變。