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(一)发病原因
咽食管憩室的病因目前尚不完全清楚。由于本病多见于50岁以上的病人，而发生于30岁以下者罕见，因而通常认为本病是一种后天性疾病。
Negus(1950)认为咽食管憩室的病因可能是环咽肌存在解剖上薄弱点(区)以及环咽肌远端有食管腔的梗阻所致，主要原因是咽食管憩室总是发生于环咽肌的上方。尽管一些作者推测本病的发生可能与咽食管交界处的梗阻有一定关系，但Mayo Clinic等(1969)对咽食管憩室病人的食管腔的测压检查(manometric studies)证实这类病人的环咽肌并无失弛缓症或者压力过高现象。一些作者的研究发现，咽食管憩室与咽部的收缩和环咽肌构成的咽下部括约肌的弛缓及吞咽时的收缩之间有暂时的异常关系。患有咽食管憩室的病人，其食管上括约肌的收缩发生于咽部收缩完成之前。因此，咽上括约肌的提前收缩是本病的病因。
在一些很小的、早期的以及体积很大的咽食管憩室病例中，亦能看到咽上括约肌的提前收缩现象，表明环咽肌的运动功能失调(incoordinition)是本病的潜在发病原因之一。
1988年，Lerut等对食管上括约肌区的肌肉构成特点的研究发现，肌源性退化和神经源性疾病并不能限制环咽肌的功能，但可以影响横纹肌。因此，有些作者认为环咽肌运动功能失调乃是更为复杂的功能性问题的一个方面而非疾病本身，咽食管憩室只不过是环咽肌运动功能失调过程的一种表现形式。
1992年Cook等同时采用电视X线摄像技术(videoradiography)和测压法(manometry)对Zenker憩室病人进行对照研究。其结果表明Zenker憩室病人的食管上括约肌的开放功能明显减弱而憩室腔内的压力明显增加。因此，Cook等认为Zenier憩室病人的主要异常改变之一是食管上括约肌的开放功能不全，而非环咽肌收缩与食管上括约肌的开放或松弛功能的失调所致。据其研究，如果在进行吞咽动作时病人的环咽肌功能有障碍，吞咽时的一般食管腔内的经壁压力(transmural pressure)便可以使咽食管的黏膜通过环咽肌上方咽后壁的解剖薄弱点向后疝出，形成咽食管憩室。随着咽食管腔内压力的反复作用和憩室腔内或囊内的食物不断潴留，咽食管憩室便逐渐进行性增大并下垂。
咽食管憩室的憩室颈悬吊于环咽肌的上方，憩室囊则介于食管与颈椎之间。严重的或晚期咽食管憩室的位置可以与咽的纵轴垂直，从而使憩室囊发生选择性的充盈并压迫食管，而且憩室与其毗邻的食管向前成角。然而由于憩室口在环咽肌的上方，所以并不防碍憩室的自发排空，而且病人常有喉气管误吸(1aryngotracheal aspiration)和憩室内容物向腔内反流现象。
在咽与食管结合处的后部，有咽下缩肌斜行。其下方有环咽肌横行，在此二肌之间有一小的三角区域，称之为Killian三角，三角区内缺乏肌肉纤维，是人体解剖学上的一个薄弱点或薄弱区，也是咽食管憩室的好发病位(图3)。由于这种薄弱区在左侧更为明显，因而咽食管憩室多发生在左侧。
一般认为环咽肌在咽食管憩室的发病过程中起重要作用，其自主神经支配为迷走神经，分布于环状软骨的后壁。环咽肌在正常情况下呈收缩状态，而在吞咽、呕吐和嗳气时松弛。当食物进入咽部时，咽下缩肌收缩，环咽肌松弛，使食物下行至食管而无阻碍。食物通过环咽肌后，该肌又恢复到收缩状态。咽部肌肉的这种协调动作可保证吞入的食物顺利通过食管进入胃内，并可防止进食的过程中发生误吸。故环咽肌的生理功能犹如食管上端括约肌。当某种原因引起这两种肌肉的功能失调，即吞咽时咽下缩肌收缩而环咽肌不能松弛，则环咽肌以上的咽腔内的压力增加，使较薄弱的Killian三角区的组织结构向外膨出，此即咽食管憩室的形成初期的病理生理改变。以后Killian三角区组织结构向外膨出逐渐增大，便形成典型的咽食管憩室，其常见位置(图4)。
造成咽部协调功能障碍的原因很多。例如随着年龄的增长，环咽肌-椎前筋膜的固定松弛，导致该肌功能障碍或失调;胃食管反流有可能造成咽部压力增加等。多数作者认为咽下缩肌的收缩与环咽肌的松弛失调、失弛缓或其他运动障碍，再加上Killian三角区的解剖学特点，是咽食管憩室的主要发病原因。
(二)发病机制
咽食管憩室常按以下过程形成和发展。
1.正常吞咽运动对食管壁产生压力，而在食管肌层的解剖薄弱区或肌层的缺乏部位，这种压力可使食管黏膜经解剖薄弱区向外疝出(突出)，几年之后便逐渐形成一盲袋(blind pouch)，即憩室。
2.由于在吞咽运动中食管腔内高压的反复作用，以及憩室内食物残渣与分泌物的滞留，憩室逐渐增大。
3.随着憩室的不断增大，便下降至后纵隔的食管与椎前筋膜之间，而椎前筋膜又可压迫食管并使之成角。这时，食管腔的纵轴(主轴)在咽与憩室向右侧成角的方向向前移位(图5)。
4.由于吞咽食物时食物往往首先进入咽食管憩室内，而憩室内的食物向食管腔内的通过只是由憩室内向食管腔内“倾倒”的方式来完成的。因此，咽食管憩室一旦形成，某体积便迅速增大，临床症状随之进行性加重。憩室内食物向食管腔内通过的时间与憩室的大小，常随憩室开口和食管纵轴的关系而发生变化。在病程早期，憩室开口与食管腔成直角;在病程后期，憩室开口与食管腔逐渐成锐角，最后憩室开口呈横位或水平位;憩室囊不断下垂，憩室开口变为食管开口的一部分。咽食管憩室开口的发展及演变过程可分为Ⅰ期、Ⅱ期和Ⅲ期(图6)。