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尿结石的形成是一个复杂的物理化学过程, 结石的形成是尿液中液态物质转变为固态物质的过程。这一过程需要能量，尿中成石物质浓度过高所致的尿过饱和是驱动结石形成的能量来源。

结石的形成取决于液相与固相之间的化学势差，当尿饱和时，液相趋于向固相转变。因为结石主要是由晶体组成，所以成石过程遵循结晶形成的化学动力学过程。

这一过程大致经过以下几个步骤：晶核形成→结晶生长→结晶聚集→结晶滞留→结石形成。参与成石过程的因素还有抑制物，促进物和基质等。

1．晶核形成：在形成结晶之前，必须先形成晶核，这是从过饱和溶液中形成固相的第一步，晶核的体积极小，为纳米级。在纯溶液中自发形成的晶核，称为同质性成核；而尿液中的成核方式一般是由外来颗粒作为界面来诱发晶核形成，即异质性成核，这些外来颗粒多为上皮细胞碎片，各种管形、红细胞、基质等。异质性成核的特点是在现有的异质界面作用下，仅需较低的过饱和度就可顺利成核。另外，在某种成分的过饱和尿中存在与其不同的另一种结晶时，如果这两种晶体的晶格相似，那么，过饱和溶液中的成石成分就会在后者现有的晶面上定向生长，即取向附生，这一现象也可视为成石过程中一种特殊的异质成核，同时，也可根据这种取向附生机制来解释为何尿路结石多为混合成分所组成[1]。

2．结晶生长：过饱和尿液中的离子不断沉积到晶核的表面，结合到晶格中，使晶体逐渐长大，但对形成结石而言，其效率显然太低。原尿从肾集合管流至膀胱约需10分钟。尿石形成的部位多在肾乳头管或肾集合管，其管径约50～200μm。据推算，自晶格生长至直径200μm的结晶，随尿饱和度不同，约需90分钟至1500年，虽然结石患者中结晶的体积和数目都大于正常人，但是单靠结晶生长所致的体积和所需的时间还不足以造成这些管腔的阻塞，结果是这些晶体被冲入肾盂，并随尿液排至体外。因此，单非晶体生长而致结石形成的效率显然太低。

3．结晶聚集：尿中的晶核或结晶可借助化学或电学的驱动力相互聚合成较大的晶体颗粒簇，这一过程称为结晶聚集。结晶聚集的特点在于其发展速度较快，甚至可发生在未饱和的尿中，这种结晶聚集体的体积较大，足以阻塞肾集合管和肾乳头管的管腔。临床上也证明，尿石症患者尿中的结晶在肾内滞留是成石的必需前提，而且较大晶体聚集体在数目上明显多于正常人。

4．结晶滞留：通常，由于结晶聚集体比较脆弱，即使阻塞肾集合管，一般也达不到形成临床结石所需的时限，结晶或其聚集体往往只有通过一种富含透明质酸（一种基质中为主的粘多糖）的细胞外周基质（PCM）的粘合作用附着于受损的肾小管上皮细胞，方可免受被流速较快尿液的冲走。随着成石物质在这种结晶/PCM聚合物上的不断沉积，最终形成临床结石。

目前公认，尿石的形成不是单一因素所致，而是多种因素共同促成的结果。在上述的结石形成过程中，虽然尿过饱和是重要的前提条件，但有时却不一定是唯一的条件。过饱和往往需要在其它因素的共同参与下，才会形成结石，其中，尤其是要取决尿饱和度与结晶抑制因子之间的平衡。在正常情况下，尿中某些成石物质的饱和度往往超过其溶解度，例如，正常尿中草酸钙的浓度是其溶解度的4倍，而且只有当草酸钙的浓度达到其溶解度的10倍时，才会发生沉淀，这主要是依赖结晶抑制因子的活性作用，结晶抑制因子能够吸附在晶体表面的生长点上，阻止结晶的成核、生长和聚集。另外，它还能与某些成不物质结合，形成可溶性结合物，降低这些成石物质的尿饱和度。临床上，有些人虽然尿中草酸和钙的排出量增高，但不一定会形成结石，这也得益于尿中结晶抑制因子的作用。一些常见的重要抑制因子有枸橼酸盐、焦磷酸盐和镁等。同时，尿中这些抑制因子的含量降低，也是结石形成的重要条件。

导致尿石形成的其它物质还有尿中的结晶促进因子，但其重要性不如结晶抑制因子。单纯性促进因子很少见。尿中某些物质可在结晶形成的不同阶段分别起到双重的促进作用和抑制作用。例如，葡胺聚糖促进结晶成核，但抑制结晶聚集和生长。