Bei der Arthrose kommt es zunächst zu einer Verschmälerung und Auffaserung der Knorpelschicht (Gelenkknorpel), später zu einem fortschreitenden Knorpelverlust. In späten Stadien einer Arthrose reibt dann Knochen auf Knochen. Begleitend bilden sich an den Knochenrändern Knochenausziehungen, später immer gröbere Knochenspangen (Osteophyten).

Typisch für die Arthrose ist der Startschmerz, der bei der ersten Bewegung und unter den ersten Bewegungen eines Gelenks auftritt und dann rasch nachläßt sowie der belastungsabhängige Schmerz, der sich mit der Belastung eines Gelenks entwickelt (z.B. zunehmende Schmerzen in den Knien bei einer längeren Gehstrecke; bei schwereren Arthosen aber z.B. auch bereits beim Treppensteigen oder nach wenigen Metern in der Ebene). Unter Entlastung klingt der Arthroseschmerz dann rasch wieder ab. Typischerweise schmerzt ein Arthrosegelenk in Ruhe oder in der Nacht nicht (wichtiger und ganz charakteritischer Unterschied zur Arthritis). Wenn es bei einer Arthrose zum Auftreten von Ruheschmerz und Nachtschmerz kommt, ist dies ein deutliches Zeichen dafür, daß man das Gelenk vorher überlastet hat. Oft besteht dann gleichzeitig auch eine Schwellung und eine Überwärmung des Gelenks, manchmal auch ein Gelenkerguß. Diese Symptome werden durch eine Entzündung des Gelenks hervorgerufen; man nennt dies dann eine aktivierte Arthrose.