НОЛ развивается вследствие повышенной фильтрации жидкости через сосудистую стенку лёгочных капилляров. Транскапиллярная фильтрация возрастает преимущественно за счёт повышенной сосудистой проницаемости. В интерстициальной ткани накапливается избыточное количество жидкости, в то же самое время дренирующая функция лимфатических сосудов по разным причинам снижена. Накопившаяся в интерстициальной ткани жидкость начинает заполнять поверхность альвеол, что приводит к значительному ухудшению диффузии кислорода и диоксида углерода.