重度子宫内膜异位症的盆腔粘连和卵巢巧克力囊肿，可导致输卵管卵巢之间解剖关系的改变，干扰伞端纤毛运动及输卵管蠕动，影响输卵管拾卵的机制及卵子的输送。子宫内膜异位症腹腔液中前列腺素 (PG)升高，影响输卵管肌肉的收缩。腹腔液中巨噬细胞增高，输卵管内也存在巨噬细胞，与腹腔巨噬细胞呈正相关，这些活性巨噬细胞可通过对输卵管内配子的吞噬作用或细胞毒作用而干扰受孕。子宫内膜异位症多合并高催乳素血症，而高催乳素对促性腺激素有抑制作用，干扰卵巢的正常功能，导致不排卵或卵泡黄素化。子宫内膜异位症患者腹腔液中 PG升高，影响卵泡生长，推迟卵泡破裂，改变卵子的输送及黄体功能。

通过光镜及电镜行组织学检查，发现子宫内膜异位症患者子宫内膜表面的表皮细胞异质性的发生率高，而腺上皮细胞及间质细胞的分裂相，基底空泡细胞及纤毛与非纤毛细胞之比率均显著降低。子宫内膜异位症腹腔液中巨噬细胞数量明显高于对照组，内膜异位症患者子宫内膜组织，于月经第19天时缺乏几整合素的表达，可能是胚胎种植失败。另有报道子宫内膜异位症患者黄体期宫腔液中的孕激素及蛋白酶抑制物的水平较低，因此可能改变宫腔内蛋白质的合成和分解，不利于胚胎植人。另外子宫内膜异位症患者腹腔液中PG分泌、代谢的变化与不孕有关。同时，子宫内膜异位症患者腹腔液中巨噬细胞和淋巴细胞增多。巨噬细胞多为大巨噬细胞，有空泡形成，能够吞噬精子。子宫内膜异位症患者存在自身免疫反应。一些研究还证实在子宫内膜异位症妇女血清及阴道分泌物中存在抗子宫内膜及抗卵巢的自身抗体。这些抗体的存在，不仅可影响着床，也可影响排卵及黄体功能导致不孕。