内在性内膜异位症局限于子宫肌层使子宫不规则增生，酷似子宫肌瘤，切面可见增生的肌组织也似肌瘤呈旋涡样结构，还可见散在紫褐色陈旧性出血斑点，且外周无包膜，此种病症称子宫肌腺瘤；异位的内膜弥散于整个子宫肌壁，使子宫较均匀地增大，称子宫肌腺病。
外在性内膜异位症最常发生在卵巢，由于周期性出血，可出现血性囊肿，多为6～7cm直径大小，表面为一层原纤维囊壁包绕，内含棕黑色粘稠陈旧血液，又称“巧克力”囊肿，多与周围有紧密粘连。其次子宫直肠隐窝之腹膜、子宫骶骨韧带、直肠阴道隔甚至直肠前壁，常有散在紫褐色出血点或结节，使肠壁与子宫后壁及卵巢间形成致密粘连，术中很难分离。
光镜下能见到子宫内膜上皮、内膜腺体或腺样结构、内膜间质和出血。由于异位内膜反复出血，上述典型组织结构可能被破坏而难以发现。异位的子宫内膜极少发生恶变，但卵巢巧克力囊肿可以恶变为宫内膜样腺癌等，要引起注意。
