第I、Ⅱ度營養不良患兒的病理變化表現為皮下脂肪減少，糖原儲備不足及肌肉輕度萎縮。在第Ⅲ度營養不良的病例，可見腸壁變薄、粘膜皺襞消失，心肌纖維混濁腫脹，肝臟脂肪變性，淋巴組織和胸腺顯著萎縮，90%的脂肪消失，各臟器如肝、胰、心、腦、甲狀腺等均見縮小。

　　由于營養不足(尤其是熱量和蛋白質都不足)和機體缺乏消化、吸收與利用功能，體內原有的糖原先行動用，繼之脂肪消減，最后蛋白質消耗，形成負氮平衡。即使不發生水腫，血漿(或血清)白蛋白的水平多低于正常，血糖減低，膽固醇下降。基礎代謝僅為正常小兒的70%或更低。病兒胃腸分泌的酶含量減少，重癥患者幾乎沒有分泌，腸內乳糖酶的低落最為顯著。血清淀粉酶活力<5單位/dl。內分泌腺均受累，以致出現各種內分泌不足的癥狀。

　　維生素A、B、C、D、鈣、鐵、鋅及其它微量元素的缺乏常與營養不良并存，因此同時可并發相應的缺乏癥狀。營養不良的小兒營養素攝入往往不平衡，常伴有血鋅過低。

　　體液和細胞免疫都低落，尤以細胞免疫系統為甚。常出現革蘭氏陰性細菌感染和皰疹，淋巴細胞轉化率降低和結核菌素試驗呈陰性反應。除了C4外，補體系統其它成分都低落。