In generale, i microrganismi possono infettare l'osso attraverso uno o più di tre metodi di base: attraverso il flusso sanguigno, per contiguità spaziale da aree locali di infezione o tramite un trauma penetrante che comprende anche le cause iatrogene quali protesi articolari o osteosintesi di fratture o riempimento della radice dentale. Una volta che l'osso è infetto, i leucociti entrano nel sito di infezione nel tentativo di fagocitare gli organismi infettivi rilasciando enzimi che comportano la lisi dell'osso. Il pus si diffonde nei vasi sanguigni dell'osso, alterando il suo flusso e si vengono a creare aree devitalizzate di osso infetto, note come "sequestri ossei", che costituiscono la base di una infezione cronica. Spesso, l'organismo cercherà di creare nuovo osso intorno alla zona di necrosi. Il nuovo osso risultante è spesso chiamato involucro osseo. L'esame istologico di queste aree di osso necrotico sono la base per distinguere tra osteomielite acuta e osteomielite cronica. L'osteomielite è un processo infettivo che comprende tutte le componenti ossee, compreso il midollo osseo. Quando è cronica, può portare alla sclerosi ossea e alla deformità.