Patofisiologi cystic fibrosis melibatkan mutasi pada gen yang mengkode protein CFTR atau cystic fibrosis transmembrane-conductance regulator. Gen tersebut terletak pada lengan panjang kromosom nomor 7. Mutasi akan menyebabkan disfungsi CFTR, yaitu kanal klorida yang diatur oleh cyclic adenosine monophosphate atau cAMP.[2-4]

Kelainan gen CFTR mengakibatkan kelainan pada transportasi klorida yang diatur oleh cAMP melintasi sel-sel epitel pada permukaan mukosa. Disfungsi CFTR ini kemudian mengurangi sekresi klorida dan meningkatkan reabsorpsi natrium yang melintasi sel epitel kelenjar eksokrin.[2-4]

Hal tersebut mengurangi hidrasi mukus, sehingga mukus akan menjadi lebih kental dan lebih lengket terhadap bakteri atau patogen lainnya. Pasien akhirnya lebih rentan untuk mengalami infeksi dan inflamasi. Mukus yang lebih kental pada saluran pernapasan, pankreas, saluran cerna, dan kelenjar keringat juga lebih sulit dibersihkan, sehingga risiko infeksi dan inflamasi semakin tinggi.[2-4]