La paroi d’une artère est composée de plusieurs couches. L’endothélium ou couche interne (endothélium) est habituellement lisse et ininterrompu. L’athérosclérose commence quand cette muqueuse est endommagée ou altérée. Certains globules blancs appelés monocytes et lymphocytes T sont alors activés, quittent le flux sanguin et pénètrent dans la paroi artérielle à travers l’endothélium. Ils sont alors transformés en cellules spumeuses, des cellules qui collectent des matières grasses, principalement du cholestérol.

Avec le temps, les cellules musculaires lisses migrent de la couche moyenne de la paroi artérielle vers l’endothélium, où elles se multiplient. Dans ces zones s’accumulent également des tissus conjonctifs et élastiques, des débris cellulaires, des cristaux de cholestérol, et du calcium. Cette accumulation de cellules chargées de graisses, de cellules musculaires lisses et d’autres substances, forme un dépôt épars appelé athérome ou plaque athéroscléreuse. L’augmentation de la taille de ces plaques provoque un épaississement de la paroi de l’artère et un rétrécissement de la lumière. L’athérome peut rétrécir ou obstruer une artère et ralentir ou arrêter le flux sanguin. D’autres plaques ne bloquent pas beaucoup l’artère mais peuvent se fragmenter et déclencher un caillot sanguin qui bloque soudainement l’artère.