In den allermeisten Fällen (90 bis 95%) einer arteriellen Durchblutungsstörung liegt eine Atherosklerose vor. Unter "Atherosklerose" (Arteriosklerose, Arteriosklerosis obliterans, "Gefäßverkalkung") versteht man krankhafte Veränderungen der Arterienwand, die von der innersten Wandschicht (Intima), die in Kontakt zum fließenden Blut steht, ausgehen. Die ursächlichen Schäden entstehen in mikroskopisch kleinen Bereichen der Intima-Deckschicht (Endothel). Es bilden sich fettreiche Einlagerungen (Plaques), die zunächst flach und weich sind. Im Laufe der Zeit entwickeln sich größere Schäden, es lagern sich Blutplättchen an, bindegewebsartige Einengungen entstehen. Deren Oberfläche kann glatt sein, oder aber stellenweise aufbrechen und Formen wie ein Gebirge annehmen. Eine Gefäßverengung durch Plaques kann durch örtliche Blutgerinnsel (Thromben) verschlimmert werden. Schließlich können größere Gefäßstrecken vollständig verschlossen werden.

Zur Entstehung echter Verkalkungen kommt es entweder bei besonderen Verlaufsformen (Mediasklerose = Kalkeinlagerung in der mittleren Gefäßwandschicht), oder als Endstadium der Plaqueentwicklung in fortgeschrittenen Fällen. Die Erkrankung verläuft über Jahre und Jahrzehnte, bevor sie zu Beschwerden führt.

Die Atherosklerose ist eine Systemerkrankung, sie erfaßt den gesamten Organismus, jedoch mit unterschiedlichen Schwerpunkten. Sie kann insbesondere große Arterien betreffen (med.: Makroangiopathie) oder auch die kleinen und kleinsten artriellen Blutgefäße (med.: Mikroangiopathie). Bei Patienten mit Zuckerkrankheit (Diabetes mellitus) sind kombinierte Mikro- und Makroangiopathien, etwa mit Verschlüssen der Unterschenkel- und Fußarterien, besonders häufig.

Wo die Gefäßschäden am ausgeprägtesten sind, zeigen sich die ersten Beschwerden. An großen Arterien bedeutet dies in der Regel, daß zu diesem Zeitpunkt bereits Einengungen von mindestens 70% vorliegen. Es ist dann sinnvoll, auch andere wichtige Gefäßregionen (Halsarterien, Herzkranzgefäße, Bauchschlagader, Nierenarterien, Extremitätenarterien) zu untersuchen.

Typische Stellen von höhergradigen Gefäßeinengungen sind die Aufzweigungen der Halsarterien, die Aufzweigung der Bauchschlagader in die Beckenarterien (Aortenbifurkation, Leriche-Syndrom), am Bein die Beckenarterie (A. iliaca), Oberschenkel- und Kniearterie (A. femoralis, A. poplitea, besonders: Übergangszone) und Unterschenkelarterien (Aa. tibialis, A. peronea); am Arm meist der erste Abschnitt der Schlüsselbeinarterie (Arteria subclavia).

Der Verlauf der Atherosklerose ist chronisch, d.h. "fortschreitend und nicht heilbar". Bei früher Diagnose ist aber zumindest das Fortschreiten zu bremsen, und das Auftreten von Beschwerden und Funktionsverlusten (Herzinfarkt, Schlaganfall, Raucherbein) entscheidend zu vermindern.

Für eine Durchblutungsstörung der Beine ist es charakteristisch, daß die Beschwerden erstmals bei besonderer Belastung (schnelles Gehen, rasches Treppensteigen) bemerkt werden, und beim Stehenbleiben rasch wieder nachlassen. Diese typische Gehbehinderung hat zur Bezeichnung intermittierendes Hinken (med.: Claudicatio intermittens) geführt. Umgangssprachlich existiert auch der Begriff "Schaufensterkrankheit", da sich hierbei viele Gelegenheiten geben, die Erkrankung zu verheimlichen.

Sind die Arme betroffen, so ist es oft eine anstrengende Arbeit mit Heben der Arme (Wäsche aufhängen, Auto polieren), die zur Entdeckung der Störung führt. Erst bei langem und ausgeprägten Bestehen von Durchblutungsstörungen entstehen bleibende Schäden am Gewebe - diese Entwicklung ist medizinisch in den meisten Fällen zu verhindern.

Das Herz ist als Hochleistungsmuskel sehr empfindlich gegen Sauerstoffmangel. Hier tritt eine Durchblutungsstörung als "Angina pectoris" - "Brustenge" schmerzhaft in Erscheinung, und dies wiederum bevorzugt bei Anstrengungen. Durch rechtzeitige Behandlung kann auch hier oftmals der Herzinfarkt verhindert werden.

Am Gehirn ist liegt eine andere Situation vor, da nicht Muskeln, sondern Hirn- und Nervenstrukturen von einem Sauerstoffmangel betroffen sind. Die Folge ist ein Nachlassen oder gar der Verlust der jeweiligen Funktion (z.B- Seh- oder Hörstörung, Lähmung).

Durchblutungsstörungen können unterschiedliche Ursachen haben, von denen die Atherosklerose mit Abstand (über 90%) die häufigste ist.