骨关节炎不被认为是一种炎症性的关节炎，但有时可以发生一定程度的关节液急性白细胞炎症，常为二水焦磷酸钙和钙磷灰石等晶体所诱发。许多临床表现，如关节的肿胀、积液、僵硬和局部发热等，都反映了滑膜存在炎症。发生在骨关节炎滑膜组织的低水平炎症参与疾病的发生发展。

骨关节炎可并发局部滑膜炎，这种滑膜炎与类风湿关节炎的滑膜炎并无本质的差别，但有量的区分。滑膜和关节囊在骨关节炎初期虽无变化，但后期可以见到某种程度的滑膜绒毛增生和关节囊纤维化所致的肥厚。若滑膜吞噬软骨小片，则滑膜软骨母细胞增生，滑膜增厚。关节滑膜和关节囊受脱落软骨碎片的刺激而充血、水肿、增生、肥厚、滑液增多，产生继发性滑膜炎。剥脱的软骨小碎片有的可附着在滑膜上，有的甚至包裹入滑膜内，刺激滑膜绒毛增生肥大，呈叶状改变；肥大的滑膜或形成皱襞，嵌夹在关节间，造成关节交锁状态；轻度外伤可诱发滑膜炎急性发作，或慢性滑膜炎加重。

此外，关节内周边形成的较多较大的骨赘，也是刺激滑膜渗出、水肿及肥厚的重要因素。骨关节炎炎症虽有可能继发于其他症状之后，但滑膜炎仍然对骨关节炎的病理进程及其症状的出现起重要作用。骨关节炎中滑膜炎对关节软骨的破坏机制尚未完全明确，可能与释放大量细胞因子和免疫因素等机制有关。滑膜炎促使血管增生及释放炎性介质，进一步降解软骨，如此周而复始，造成恶性循环。因此，滑膜炎的存在是骨关节炎软骨损伤及骨关节炎病理发展的重要原因。抑制或减少滑膜炎产生的药物能缓解骨关节炎症状，延缓骨关节炎病情的进展。