由于长期职业接触，环境污染，误服和重金属制剂的应用等，使重金属经消化道，呼吸道或皮肤吸收入体内，引起肾损伤，重金属蛋白结合物经肾小球滤过后由近端小管重吸收，蛋白在此被分解，重金属释放出来而发生毒性效应，在其他与小管重金属损伤有关的因素中，最重要的可能是重金属与肾脏的亲和性，半衰期以及重金属本身的毒性。
多数重金属有直接毒性作用，与剂量密切相关，当含有重金属的尿液流经近曲小管时，近曲小管细胞则成为重金属毒性的主要靶器官，近曲小管重吸收和排泌，从而使小管上皮细胞发生空泡，变性坏死。
重金属的直接毒性作用造成肾小管功能障碍或急性肾小管坏死，或其溶血作用引起的溶血尿毒症综合征，使流经致密斑的尿流减慢，尿钠增高，激活肾素，血管紧张素系统，导致肾血管痉挛，肾缺血，并通过细胞内钙离子积聚，磷酸酯酶激活，花生四烯酸产物生成，氧自由基产生等环节造成肾损伤，如重金属铅中毒性肾病，铅被人体吸收后，以肾和骨的浓度最高，高浓度的血铅与近期铅接触相一致，而正常的血铅浓度并不排除过去有铅接触，也不排除体内铅负荷增加，在体内与可滤过的血浆配体结合的铅经肾小球滤过后，主要在近端小管被重吸收，肾脏的铅排泄也经肾小管转运，铅可自由通过小管细胞膜的管腔面和基底面，在胞质内，铅与一种蛋白结合成不溶性金属蛋白复合物，沉淀于胞核内形成光学显微镜可见的特征性嗜酸性包涵体，前述铅结合蛋白的部分特性已被认识，这种蛋白富含谷氨酸，天门冬氨酸，甘氨酸，铅的毒性作用主要是阻断线粒体氧化磷酸化。
某些重金属如汞，金等，可损伤肾组织，使其抗原性发生改变，产生自身抗体，引起肾小球免疫性损伤。
饮酒可能增强铅的肾毒性，两者的肾毒性可能有协同作用，血铅水平增高和小管功能多种障碍可见于慢性酒精中毒患者。
目前认为潜在的或有临床症状的铅中毒均可发展为慢性肾功能衰竭，有力支持该认识的流行病学证据有：
(1)在铅接触人群的死亡构成比中，以慢性肾功能衰竭为高。
(2)对澳大利亚昆士兰州的急性铅中毒儿童的随访结果，较多死于慢性肾功能衰竭。
(3)美国南部饮用非法酿造(如使用含有大量铅的冷却器蒸馏)的威士忌的人群，慢性肾功能衰竭发病率高，但对职业性铅接触者数年生物学监测的结果未能验证上述证据，对前述相互矛盾的研究结果的解释是，铅毒性可能被其他危险因素如其他金属，药物，酒精以及个体素质等加强。
病理生理学研究提示，铅还有致高血压作用，认为铅可使肾灌注减少，同时外周阻力增加;经铅的急性刺激肾小球旁器细胞数目可增加;并能引起α-肾上腺素能活性增强，铅与动脉高血压的关系是复杂的，目前，有人认为铅致高血压作用可能通过钙依赖机制，因为饮食中钙和磷与铅重吸收有关。
