中毒早期肺损伤明显，严重损伤的肺单位丧失通气、换气功能。据Rebellog等报道，百草枯肺损伤的主要组织学特点是肺泡内出血、巨噬细胞聚集、间质水肿，病程较长者出现纤维化、上皮细胞增生，部分出现蜂窝样改变。肺泡内出血出现得最早，大约在中毒后16小时以内即可出现。巨噬细胞可出现在损伤的早期，以后逐渐消失。几乎所有病例都有水肿表现。随着时间的推移，先是肺组织充血和纤维蛋白沉积，继之成纤维细胞增殖、肺泡间隔逐渐增厚，透明膜形成。Toner等报道一例百草枯中毒后17天死亡的尸检组织学结果，检查可见正常肺结构明显破坏，但弹力纤维染色显示肺泡框架结构依然存在。肺泡腔内可见水肿液、炎性细胞和增生的成纤维细胞，并伴有胶原蛋白沉积和大量局灶性出血。另外，Tohru等指出，百草枯肺损伤的基本改变是肺泡间隔及表面基质沉积导致的肺泡结构重建、间质细胞增生。与普通型间质性肺炎慢性、进行性纤维化的特点不同，这种重建过程具有自发性加速的特点，因而导致恶性循环，使百草枯中毒的患者短期内出现肺纤维化。