Więzadło rzepki, jak każde ścięgno, zbudowane jest głównie z włókien kolagenu typu I ułożonych równolegle wzdłuż osi przenoszonej siły, co daje mu dużą wytrzymałość na rozciąganie przy relatywnie niewielkiej elastyczności. Zdrowe ścięgno podlega ciągłemu, zrównoważonemu cyklowi mikrouszkodzeń i naprawy — każde obciążenie powoduje drobne mikrourazy włókien kolagenowych, które w warunkach prawidłowych są naprawiane przez fibroblasty (tenocyty) szybciej, niż powstają nowe.
Problem zaczyna się, gdy częstotliwość i intensywność obciążenia (powtarzalne skoki, lądowania, zmiany kierunku) przewyższa zdolność tkanki do regeneracji między sesjami treningowymi — typowo przy nagłym wzroście objętości lub intensywności treningu, zmianie podłoża, obuwia, albo po okresie przerwy, po której wraca się do pełnego obciążenia bez odpowiedniej adaptacji. W tych warunkach mikrouszkodzenia kumulują się szybciej, niż tkanka jest w stanie je naprawić, a odpowiedź naprawcza organizmu zaczyna produkować tkankę o gorszej jakości strukturalnej — z zaburzonym, mniej uporządkowanym układem włókien kolagenowych, zwiększoną zawartością substancji podstawowej (proteoglikanów wiążących wodę) i nowymi, niedojrzałymi naczyniami krwionośnymi (neowaskularyzacją), które towarzyszą też wrastającym, drobnym zakończeniom nerwowym — co częściowo wyjaśnia, skąd bierze się ból w tkance, która histopatologicznie nie wykazuje klasycznego zapalenia.
Druga część mechanizmu dotyczy tego, dlaczego sam ból często nie koreluje dobrze ze stopniem zaawansowania zmian strukturalnych widocznych w USG czy MRI — podobnie jak w przypadku przepuklin dyskowych kręgosłupa, zdegenerowana struktura ścięgna bywa widoczna w obrazowaniu u osób bez żadnych objawów bólowych, a odwrotnie, silny ból może występować przy relatywnie niewielkich zmianach strukturalnych. Tłumaczy się to tym, że ból w tendinopatii wynika w dużej mierze z procesów biochemicznych i neurogennych (nowe zakończenia nerwowe towarzyszące neowaskularyzacji, zmiany w lokalnej gęstości receptorów bólowych), a nie wyłącznie z mechanicznego "rozmiaru uszkodzenia" — dlatego poprawa obrazu w USG po rehabilitacji nie zawsze idzie w parze z ustąpieniem bólu, i odwrotnie.