人类迄今为止还没有完全弄清泌尿系结石发生的机理。众多理论试图解释结石的形成，但具体到结石形成过程的很多方面仍然不是很清楚。泌尿系结石的形成要求尿液中必须有结晶，在过饱和的尿液中结晶容易形成。尿液的过饱和状态可以是间歇性的，常在脱水和餐后出现。泌尿系结石实际是人体异常矿化的一种表现。人体的矿化可分为正常矿化(如骨骼和牙齿的形成)和异常矿化(病理矿化)。异位的组织钙化和各种结石――泌尿系结石、胆结石、牙石等的形成――都属于体内异常矿化，为一种失控过程，在不该矿化的部位矿化。

    当全身新陈代谢发生紊乱(如钙和磷的代谢异常)时易出现高血钙和高尿钙症，就可能产生含钙的尿路结石，这种结石约占全部尿路结石的90％以上。当体内的尿酸、胱氨酸、草酸的代谢异常时就可能产生尿酸、胱氨酸、草酸结石。当体内泌尿系统的局部因素改变时，如尿淤积，尿中的晶体和胶体就更易沉淀而产生结石。感染的细菌、脓块可能成为结石的核心，晶体和胶体易沉淀在核心上就可能产生结石。尿路内的塑料管、塑料绳、发夹等异物也可成为结石的核心。泌尿系结石成分以草酸盐最多见，约存在于90％的结石中，主要为草酸钙结石，其次为磷酸钙结石，其他为尿酸结石、胱氨酸结石、黄嘌呤结石。

    许多因素影响尿路结石的形成，相关尿液因素包括：形成结石物质排出过多，钙的再吸收减少，尿酸排出增加，尿持续酸性或者尿酸性减低，pH值增高；尿量减少，使盐类和有机物质的浓度增高；尿中抑制晶体形成物质含量减少等等。