La patogenesi dell'oncocercosi è dovuta essenzialmente alle microfilarie che sono in grado di attivare il sistema immunitario con i loro antigeni con conseguente genesi d'uno stato infiammatorio e attivazione dei fibroblasti.Nella cute, la produzione d'uno stato infiammatorio cronico determina la comparsa d'ipercheratosi, acantosi, perdita d'elasticità per diminuzione delle fibre d'elastina e progressiva fibrosi. Si può anche avere depigmentazione cutanea e desquamazione con aree iperpigmentate (pelle a macchia di leopardo o d'elefante o di lucertola). I vermi adulti, invece, determinano una reazione fibroblastica con formazione d'una capsula fibrosa tutt'intorno e d'un nodulo sottocutaneo di dimensioni variabili da pochi millimetri ad alcuni centimetri (oncocercoma), variamente aderente ai tessuti adiacenti.Le microfilarie che si accumulano nell'occhio e che vanno in degenerazione determinano un'attivazione del sistema immunitario, con rilascio di citochine (tra cui IL-2), che determina la formazione d'una cheratite puntata. Si ritiene che possano essere coinvolti anche immunocomplessi depositati localmente e anche alcuni batteri del genere "Wolbachia", endosimbionti del parassita (e d'altre filarie), che vengono rilasciati dalle microfilarie degeneranti.