急性腹膜炎的病理變化常因感染的來源和方式、病原菌的毒力和數量、患者的免疫力不同而有明顯的差異。
感染一旦進入腹腔，腹膜立即出現炎癥反應，表現為充血、水腫、滲液。滲液中的纖維蛋白可促使腸袢、大網膜和其他內臟在腹膜炎癥區粘著、限制炎癥的擴展。但如果未能去除感染病灶、修補穿孔內臟或進行腹腔引流，或由于細菌毒力過強、數量過多，或由于患者免疫功能低下則感染擴散形成彌漫性腹膜炎。
腹膜炎經治療后炎癥可逐步吸收，滲出的纖維蛋白可以機化，引起腹膜、腸袢、網膜之間的粘連，可有機械性腸梗阻之后患。
腹膜炎形成后，腹腔滲液中大量的細菌與毒素經腹膜吸收、循淋巴管進入血液中，產生敗血癥的一系列癥狀。
腹膜炎的初期，腸蠕動增加，不久減弱。發展為腸麻痹。腸麻痹發生后腸道分泌增加。吸收減少，腸腔內大量積氣，積液。腸壁、腹膜、腸系膜水腫并有大量炎性滲出物進入腹腔，造成大量的水，電解質，蛋白質丟失。使血容量銳減。有人估計彌漫性腹膜炎患者24小時內的體液丟失量可達4～6升之多。
在血容量降低和毒血癥的共同作用下、腎上腺皮質分泌大量兒茶酚胺，導致心率加快、血管收縮。抗利尿激素與醛固酮的分泌增加則導致水鈉潴留，由于水潴留更超過鈉的潴留，引起低鈉血癥。細胞外液的減少和酸中毒使心排出量降低，心臟收縮功能減退。而腹脹、膈肌上抬又使患者通氣量降低，呼吸急促，導致組織低氧血癥。在低血容量、低心排出量及抗利尿激素與醛固酮增加的共同作用下，腎小球濾過率降低，尿量減少。由于代謝率增高而組織灌流不足、組織缺氧代謝，以致產生乳酸血癥。凡此種種皆可導致體液、電解質、酸堿平衡的紊亂、心、肺、腎等重要器官功能的損害，以致若無有效治療即可致病人死亡。