A parede de uma artéria é composta de várias camadas. O revestimento ou camada interna (endotélio) geralmente é regular e ininterrupto. A aterosclerose começa quando o revestimento é ferido ou desenvolve alguma doença. Então, certos leucócitos chamados monócitos e células T são ativados e saem da corrente sanguínea, atravessam o revestimento da artéria e chegam a sua parede. No interior do revestimento, eles são transformados em células espumosas, que são células que coletam materiais gordurosos, principalmente colesterol.

Com o tempo, as células do músculo liso movem-se da camada intermediária para o revestimento da parede da artéria e se multiplicam nessa região. Materiais de tecido conjuntivo e elástico também se acumulam na região, como também podem se acumular detritos de células, cristais de colesterol e cálcio. Esse acúmulo de células carregadas de gordura, células do músculo liso e outros materiais formam um depósito irregular chamado ateroma ou placa aterosclerótica. À medida que crescem, algumas placas tornam as paredes das artérias mais espessas e invadem o canal da artéria. Essas placas podem limitar ou bloquear uma artéria, diminuindo ou interrompendo o fluxo sanguíneo. Outras placas não obstruem a artéria gravemente, mas podem se romper, provocando a formação de um coágulo de sangue que bloqueia a artéria repentinamente.