房颤是由于电生理异常和（或）病理生理异常导致心房组织改变并促进异常冲动形成和（或）传播所致。

房颤的发生需触发因素和维持基质。迄今为止,学者们已提出多种假说来解释房颤发生和维持的电生理机制,然而没有一种假说能够完全解释房颤的电生理机制,同一个患者中可能多种电生理机制并存。

心房及肺静脉内的异位兴奋灶发放的快速冲动可以导致房颤的发生。除了肺静脉以外,触发房颤的异位兴奋灶也可以存在于心房的其他部位。国内黄从新等通过大量的基础和临床研究,完整地论证了人心大静脉（包括肺静脉、腔静脉、心脏静脉及Marshall韧带等）在房颤发生中的作用：发现人心大静脉肌袖内具有异常自律性细胞,在某些特定情况下,可自发产生快速电活动,传入心房触发/驱动房颤的发生。肺静脉异常电活动触发/驱动房颤是房颤的重要发生机制,奠定了肺静脉电隔离是导管消融治疗房颤基石的理论基础。

对于房颤的维持机制,已有多个理论假说,主要包括：①多发子波折返：房颤时心房内存在多个折返形成的子波,这些子波并不固定,而是相互间不停碰撞、湮灭、融合,新的子波不断形成。②局灶激动：激动以驱动灶为中心向四周放射状传导,但周围组织因传导的不均一性和各相异性而不能产生与驱动灶1∶1的传导,进而形成颤动样传导。肺静脉前庭是最常产生局灶激动的部位。③转子（Rotor）学说：房颤可能由多个折返环参与,但仅有一个或数个被称为主导折返环或称母环,以转子的形式在心房内传播,在传播过程中遇到各种功能或解剖障碍碎裂为更多的子波,产生颤动样传导。

房颤的自然病程是一种进行性疾病,常由阵发性向持续性转变,房颤的发生能改变心房原有的电学和组织学特性,使颤动波维持稳定或终止后很快复发,称为心房重构。心房重构早期表现为以电生理及离子通道特征发生变化的电重构,晚期则表现为心房纤维化、淀粉沉积、细胞凋亡等组织结构改变的结构重构。

电重构主要包括心房有效不应期和动作电位时限缩短、动作电位传导速度减慢、不应期离散度增加等电生理特征的改变,有利于房颤的发生和持续。电重构的基础是心房肌细胞跨膜离子流的改变,主要表现为：L型钙通道离子流密度减小,失活后恢复减慢；瞬时外向钾通道离子流密度减小,激活和失活均减慢,失活后恢复也减慢；快钠通道离子流密度无显著变化,但失活减慢；延迟整流性钾通道离子流密度减小,内向整流性钾通道离子流密度增大；ATP敏感性钾通道离子流密度增大。

结构重构主要表现为心房肌细胞超微结构的改变,包括心房肌细胞退行性变,内质网的局部聚集、线粒体堆积、闰盘非特化区增宽以及糖原颗粒替代肌原纤维。除心肌细胞改变外,房颤患者的心房肌间质也有明显变化,可导致间质纤维增生,心房增大。

房颤时心房肌组织肾素-血管紧张素-醛固酮系统表达增高。刺激肾素-血管紧张素-醛固酮系统引起细胞内钙浓度升高、细胞肥大、凋亡、细胞因子释放、炎症、氧化应激,并对离子通道和缝隙连接蛋白产生调节作用,促进心房结构重构和电重构,导致心律失常发生。基础和临床研究证实,肾素-血管紧张素-醛固酮系统抑制剂可通过减轻心房重构,降低部分患者的房颤发生风险。

研究发现,房颤时心房肌组织存在炎症细胞浸润,提示炎症与房颤之间可能存在相关性。房颤患者血清炎性因子水平升高。增加的血清C反应蛋白水平可预测房颤进展以及房颤消融和电复律后复发。白细胞介素（IL）-6受体基因多态性与房颤的发生及导管消融后房颤复发密切相关。房颤患者心房肌组织中存在明显的氧化应激损伤改变,其与产生活性氧族的基因表达上调有关。有报道显示,房颤患者和房性心动过速（房速）动物心房肌NADPH氧化酶激活,导致过氧化物增加。抗氧化剂可改善房速模型犬心房电重构,降低临床患者术后房颤的发生。

心房的电生理特性受自主神经系统（autonomic nervous system,ANS）调节。迷走神经和交感神经刺激均可激发房颤。迷走神经刺激主要通过释放乙酰胆碱,激活乙酰胆碱敏感性钾电流,缩短心房肌动作电位时限和不应期,增大离散度,利于折返的形成；交感神经刺激主要通过增加细胞内钙浓度,增加自律性和触发活动。美国Po研究组通过基础和临床研究证实,低强度迷走神经刺激可有效抑制房颤的发生。国内黄从新团队在动物上研究发现,肾动脉交感神经消融可改善心房电重构和结构重构,降低房颤的易感性。

支配心脏的自主神经元分布于心外膜的脂肪垫和Marshall韧带内,这种聚集在一起的神经细胞团称为神经节丛（ganglionated plexuses,GP）。GP包含交感神经和迷走神经,左心房GP主要分为右前、右下、左上、左下和Marshall韧带5组。心房的GP组成了内在心脏自主神经系统。针对GP与房颤的关系,Po等提出“章鱼假说”：在心脏自主神经内部,有一个高度整合的心房神经网络,其中高度激活的GP（章鱼头）可由近至远梯度性地释放神经递质,并引发房颤；而自GP发出的轴突（章鱼触须）的激活又可逆性地激活远处的GP,导致神经递质释放诱发房颤。据此,位于肺静脉-左心房交界处的GP兴奋后可以激活远处的神经轴突,导致异位兴奋灶发放的快速冲动。这些异位兴奋灶可能来自于肺静脉、房间隔、冠状静脉窦及Marshall韧带等神经轴突分布密集的部位,尤其是肺静脉。临床研究显示,以心房去迷走神经治疗的GP消融在一定程度上可改善肺静脉电隔离的临床效果。