Patofisiologi atelektasis berbeda antara atelektasis obstruktif dan nonobstruktif. Pada atelektasis obstruktif, terjadi absorpsi udara alveolar di bagian distal dari obstruksi. Obstruksi akan menghambat ventilasi ke sejumlah area paru. Perfusi akan terus berlanjut, sehingga pada akhirnya seluruh gas pada segmen yang terkena akan diabsorpsi. Jika ventilasi tidak kembali, jalan napas akan kolaps, menyebabkan atelektasis.[6]

Atelektasis nonobstruktif dapat dibagi lagi menjadi atelektasis kompresi, adhesi, sikatrik, relaksasi, dan replacement. Pada atelektasis kompresi, terjadi penurunan gradien tekanan transmural, sehingga alveolus akan kolaps.

Pada atelektasis adhesi, umumnya terjadi defisiensi atau disfungsi surfaktan yang menyebabkan peningkatan tegangan permukaan alveolus, sehingga alveolus menjadi tidak stabil dan kolaps.