牙本质龋多是由釉质龋进一步向深层发展所致，部分也可由牙根部牙骨质龋发展而来。龋性损害除了有无机晶体的溶解外，还存在有机基质的分解破坏。牙髓牙本质为一复合体，牙髓组织有防御性反应，表现为修复性牙本质、硬化牙本质的形成。病理形态上是一个累及范围较广的三角形病变，三角形的顶指向牙髓腔，底向着釉质牙本质界。可分为四层结构：

透明层又称硬化层，为牙本质龋最深层、最早出现的改变，透射光下呈均质透明状。细菌侵入之前，在细菌酶的作用下，成牙本质细胞发生脂肪变性，光镜下呈云雾状，曾称此区域为脂肪变性层。在此基础上形成透明层。脱矿层位于透明层的表面，牙本质小管较完整，管内无细菌。管周、管间脱矿。脱矿后，色素易被染成棕黄色。细菌侵入层位于脱矿层表面，由于细菌侵入、小管扩张呈串珠状，坏死灶内充满坏死的基质残屑和细菌。坏死崩解层为牙本质龋损的最表层，牙本质完全破坏崩解，无正常牙本质结构保留。