人體約一半由水構成，其中約2/3存在于細胞內，約1/3存在于細胞外。在正常情況下細胞內外的水分互相交流，協調一致，保持著機體內環境的穩定。但當因缺氧、缺血、電離輻射以及冷、熱、微生物毒素等的影響，而致細胞的能量供應不足、細胞膜上的鈉泵受損，使細胞膜對電解質的主動運輸功能發生障礙，或細胞膜直接受損時，則導致細胞內水分增多，形成細胞水腫，嚴重時稱為細胞的水變性。

形態學：水腫的細胞體積增大，胞漿基質內水分含量增多，變得較為透明、淡染，胞核也常常被波及而增大、染色變淡、從而使整個細胞膨大如氣球，故有氣球變之稱。電鏡下，除可見胞漿基質疏松變淡外，尚可見線粒體腫脹及嵴變短、變少甚至消失；內質網則廣泛解體、離斷和發生空泡變。嚴重的水變性有時與漸進性壞死和壞死難以區分。

在電鏡技術問世之前，有混濁腫脹之稱，用以形容細胞腫脹和胞漿出現顆粒而變混濁，相應的器官（如心、肝、腎等實質性器官）在肉眼觀上腫脹、邊緣變鈍、透明度降低（混濁）。電鏡檢查表明，胞漿內的顆粒實乃水腫時腫大的線粒體和擴張斷裂的內質網，但有時也可為小泡狀的蛋白質或其他物質的沉積。故為避免誤解，現已放棄混濁腫脹這一名稱。

結果：細胞水腫通常為細胞的輕度或中等度損傷的表現，當原因消除后仍可恢復正常。但如進一步繼續發展，則可能形成脂肪變性甚或壞死。