角膜上皮、基质或两者中蓄积了过多的水分称为角膜水肿。角膜水合作用的调节受很多病理生理因素影响，这些异常的病理生理因素是造成角膜水肿的原因。角膜水肿在多数情况下，基质水肿先于上皮水肿，但基质水肿在发展到上皮水肿之前，常常是症状不明显的。基质水肿表现为角膜增厚，透明度降低。基质层含水量增加，其液体蓄积在纤维间隙。肿胀向后部扩展，造成后弹力层皱褶及纹线状角膜浑浊。慢性水肿的后期，基质层有不同程度的瘢痕形成。基质水肿是由于上皮或内皮功能不全引起。如果上皮损伤或缺损，泪液即被基质吸入，所引起的水肿往往是中等度的，或只局限在上皮损伤处相对应的基质部位。而内皮损伤或功能不全，基质水肿的范围比较广泛，持续时间很长，损伤或疾病给内皮带来两方面的后果，物理性屏障功能和内皮泵功能降低，两者的联合作用导致基质含水量增加和组织增厚。上皮水肿分为细胞间和细胞内两型。细胞间水肿开始时水分蓄积在细胞之间，特别在基质细胞之间，水肿的程度和临床表现轻重悬殊，进展期病例有典型的上皮水泡，即所谓大泡性角膜病变。而细胞内水肿首先在上皮细胞本身发生肿胀变形，导致阳离子泵的异常。