Come per gli altri compartimenti mediastinici, il mediastino posteriore può essere interessato dalla diffusione di tutti i processi patologici che interessano i numerosi organi contenuti. Processi infiammatori tipici sono le mediastiniti, che possono derivare da pleuriti e pericarditi o da ascessi e flemmoni del distretto cervicale. Tumori e cisti del mediastino posteriore sono soprattutto di derivazione nervosa e comprendono il neurilemmoma, lo schwannoma, il neurofibroma, il ganglioneuroma, il ganglioneuroblastoma, lo schwannosarcoma, il paraganglioma e il feocromocitoma. Tuttavia sono possibili anche il linfoma, le cisti enterogene, il fibrosarcoma e i carcinoidi.