Como todo tendón, el tendón rotuliano está formado principalmente por fibras de colágeno tipo I dispuestas en paralelo al eje de la fuerza transmitida, lo que le da una gran resistencia a la tracción a costa de relativamente poca elasticidad. Un tendón sano se somete a un ciclo continuo y equilibrado de microdaño y reparación — cada carga provoca pequeñas microlesiones en las fibras de colágeno, que en condiciones normales son reparadas por fibroblastos (tenocitos) más rápido de lo que aparecen nuevas.
El problema comienza cuando la frecuencia y la intensidad de la carga (saltos repetidos, aterrizajes, cambios de dirección) superan la capacidad de regeneración del tejido entre sesiones de entrenamiento — típicamente ante un aumento repentino del volumen o la intensidad del entrenamiento, un cambio de superficie o calzado, o al volver a la carga completa tras una pausa sin una adaptación adecuada. En estas condiciones, el microdaño se acumula más rápido de lo que el tejido puede repararlo, y la respuesta reparadora del organismo comienza a producir un tejido de peor calidad estructural — con una disposición desorganizada y menos ordenada de las fibras de colágeno, un contenido aumentado de sustancia fundamental (proteoglicanos que ligan agua) y nuevos vasos sanguíneos inmaduros (neovascularización), acompañados de terminaciones nerviosas finas que crecen hacia el interior — lo que explica en parte de dónde proviene el dolor en un tejido que, histopatológicamente, no muestra una inflamación clásica.
La segunda parte del mecanismo concierne a por qué el dolor en sí no siempre correlaciona bien con el grado de cambio estructural visible en la ecografía o la resonancia magnética — de forma similar a las hernias discales de la columna vertebral, una estructura tendinosa degenerada a veces es visible en imágenes en personas sin ningún síntoma de dolor, y al contrario, puede haber dolor intenso con cambios estructurales relativamente menores. Esto se explica porque el dolor en la tendinopatía proviene en gran medida de procesos bioquímicos y neurogénicos (nuevas terminaciones nerviosas que acompañan a la neovascularización, cambios en la densidad local de receptores de dolor), no únicamente del «tamaño» mecánico del daño — por eso una mejora de la imagen ecográfica tras la rehabilitación no siempre va acompañada de la desaparición del dolor, y viceversa.