腎盂腎炎的致病菌絕大多數為革蘭陰性桿菌，以大腸桿菌最常見。主要感染途徑是上行性感染，即致病菌由尿道上行入膀胱引起膀胱炎，繼而沿輸尿管向上蔓延至腎臟，導致腎盂腎炎。
正常人在尿道口內1～2厘米處存在少量細菌，但一般不引起感染，因為尿道黏膜有一定的抗菌能力；尿液可稀釋細菌并將其排出體外；尿中還含有一些抑菌物質。當機體抵抗力下降或尿道黏膜輕度損傷（如月經期、性生活后等）或泌尿系統畸形及尿路流通不暢（如輸尿管結石、前列腺肥大、尿道狹窄、泌尿系腫瘤等）時，細菌乘虛而入，在腎盂部大量繁殖，而使腎臟致病。由于女性尿道短而寬，女嬰尿道口易被糞便污染，故均易發病。
少數患者的腎盂腎炎來源于血行感染，主要致病菌為金黃色葡萄球菌、沙門菌屬、銅綠假單胞菌和念珠菌屬。當腎臟結構受損（如多囊腎）或患有糖尿病、長期使用糖皮質激素和免疫抑制劑以及其他慢性消耗性疾病的患者，抵抗力下降，細菌易于由血流侵入腎臟。病變常為雙側性。
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