胸腔积液是常见的内科疾病，肺、胸膜和肺外疾病均可以引起。临床上常见的病因及发病机制为：
胸膜毛细血管内静水压增高
体循环静水压的增加是生成胸腔积液最重要的因素，如充血性心力衰竭或缩窄性心包炎等疾病可使体循环和(或)肺循环的静水压增加，胸膜液体滤出增加，形成胸腔积液。单纯体循环静水压增加，如上腔静脉或奇静脉阻塞时，壁层胸膜液体渗出超过脏层胸膜回吸收的能力，产生胸腔积液，此类胸腔积液多为漏出液。
胸膜毛细血管通透性增加
胸膜炎症或邻近胸膜的组织器官感染、肺梗死或全身性疾病累及胸膜，均可使胸膜毛细血管通透性增加，毛细血管内细胞、蛋白和液体等大量渗入胸膜腔，胸水中蛋白含量升高，胸水胶体渗透压升高，进一步促进胸腔积液增加，这种胸腔积液为渗出液。
胸膜毛细血管内胶体渗透压降低
如低蛋白血症、急性肾小球肾炎、粘液性水肿、肾病综合征、肝硬化、慢性感染等蛋白合成减少或障碍性疾病，导致血浆白蛋白减少、血浆胶体渗透压降低，壁层胸膜毛细血管液体滤出增加，而脏层吸收减少或停止，形成漏出液。
壁层胸膜淋巴回流障碍
壁层胸膜淋巴回流系统发生异常或癌栓、寄生虫阻塞、或外伤造成淋巴回流受阻，则易产生高蛋白的胸腔渗出液。常见的原因有癌症淋巴管阻塞、发育性淋巴管引流异常等。
损伤性胸腔积液
食管破裂、胸导管破裂、主动脉瘤破裂等原因，胸腔内出现血性、脓性(继发感染)、乳糜性胸腔积液。
医源性胸腔积液
药物、放射治疗、消化内镜检查和治疗、支气管动脉栓塞术，卵巢过度刺激综合征、液体负荷压过大、冠脉搭桥手术或冠脉内支架置放术、骨髓移植、腹膜透析等医疗和检查手段，都可以引起渗出性或漏出性液体。