Patofisiologi terjadinya spondilolisis dimulai ketika terjadi cacat pada vertebra pars interartikularis. Cacat ini disebabkan oleh hiperekstensi dan stress berulang yang membebani vertebra posterior pars interartikularis. Cacat ini akan lebih mudah terjadi jika sudah terdapat kelemahan pada bagian pars interartikularis yang diturunkan secara genetik.

Awalnya tubuh akan merespon dengan memperbaiki kerusakan yang ada sehingga tulang yang cacat atau fraktur akan sembuh (union). Namun proses ini dapat berkembang menjadi fraktur komplit pars interartikularis. Gerakan hiperekstensi dan rotasi vertebra seperti pada atlet sepak bola, penyelam, gimnastik dan angkat beban adalah risiko penyebab stress pars interartikularis.[4,5]

Segmen vertebra yang paling sering mengalami spondilolisis adalah segmen L5 lumbal. Diduga hal ini disebabkan adanya kondisi displasia pars interartikularis L5 sejak lahir yang bersifat diturunkan disertai oleh trauma/stress berulang pada pars interartikularis akibat gerakan hiperekstensi dan rotasi lumbal. Segmen L5 sendiri terletak pada pertemuan antara bagian lordotik lumbal yang bersifat mobile dan bagian kifotik sakrum yang terfiksasi, sehingga L5 menerima tekanan statis dan dinamis paling berat saat aktivitas.[5,8]