PCOS的主要组织学改变为多发性滤泡囊肿、包膜增厚纤维化。典型的病理表现为卵巢对称性增大,多为正常的2-5倍,卵巢表面多隆起,凹凸不平,呈灰白色,质稍硬。切面可见卵巢白膜明显增厚,一般为均匀性增厚,卵巢内有多个大小不等的囊腔,囊壁较薄,内含清亮液体。显微镜下可见白膜纤维化,白膜下有可见许多闭锁卵泡和处于不同发育期的卵泡。卵泡膜内层细胞显著增生,黄素化,一般无黄体,白体较多,无成熟卵泡生成及排卵迹象。
用免疫组化方法可鉴定出卵泡膜内层细胞可产生大量雄激素。包膜增厚程度与患者血清LH水平及男性化程度呈正相关。PCOS的另一个明显特征是窦前卵泡和窦状卵泡数目比正常卵巢多2-3倍。近期研究显示,抗苗勒管激素(AMH)可引起患者卵泡数目增多。AMH是生长中的窦前或小的窦状卵泡颗粒细胞的唯一分泌产物,可能对卵泡的成熟过程起抑制作用。