基本病变是肺组织内硅结节形成和肺弥漫性间质纤维化。硅结节是硅沉着病的特征性病变。早期硅结节由吞噬硅尘的巨噬细胞局灶性聚积而成，多位于肺小动脉周围，为细胞性硅结节，随后结节发生纤维化和玻璃样变，成为玻璃样硅结节。
肉眼观：硅结节境界清楚，呈圆形或椭圆形，灰白色，质硬，触之有砂粒样感。镜下：典型的硅结节中，玻璃样变的胶原纤维组织呈同心圆层状排列，中央常有内膜增厚或闭塞的小血管，周围纤维化。随着病变的发展，晚期硅结节可融合成团块，并可发生坏死、液化，形成硅沉着病性空洞。肺间质有不同程度的弥漫性纤维化。
根据硅沉着病病变程度和范围可将硅沉着病分为三期：
Ⅰ期硅沉着病：硅结节主要局限于淋巴系统。两侧肺门淋巴结肿大，淋巴结内见硅结节形成。近肺门处肺组织及胸膜上也可有硅结节形成。
Ⅱ期硅沉着病：硅结节数量增多，体积增大，散布于全肺，但仍以肺门周围中、下肺叶较密集，总的病变范围不超过全肺的1/3.胸膜增厚。
Ⅲ期硅沉着病：两肺内硅结节密集且相互融合成块。团块状结节的中央可有硅沉着病空洞形成，病变范围超过全肺的2/3.硅结节间肺组织有明显的肺气肿改变。