造成血清胆红素浓度升高（高胆红素血症）的三个主要病理进程：胆红素生成增多（红细胞损伤增加）、肝细胞吸收和结合胆红素减少、胆红素排出减少（胆汁淤滞）。
胆红素生成增加多发生于溶血性疾病（血管内或血管外溶血），也可发生于广泛性内出血，或出血区域红细胞破裂。血管外溶血时，巨噬细胞清除和降解红细胞的过程与清除衰老红细胞一样，只是速率有所增加。此时，血红蛋白的破坏和胆红素进入肝脏都以正常的方式进行。血管内溶血时，游离的血红蛋白释放进入血液，与结合珠蛋白形成复合物。这些复合物被单核吞噬细胞移出循环，并引起血红蛋白分解和产生非结合胆红素。不管什么原因，红细胞的损伤增加和非结合胆红素的生成增加都可能超出肝脏的代谢能力，导致血清胆红素浓度升高，这称为肝前性高胆红素血症。
肝性高胆红素血症可能是源于肝脏对胆红素的摄入和结合降低（肝内胆汁淤滞也是肝性高胆红素血症的原因）。急、慢性肝病导致的肝功能下降可以造成胆红素摄入下降和胆红素结合下降。
某些动物禁食后会引起肝细胞对胆红素的摄入减少，主要是增加非结合胆红素的浓度，而胆红素的生成不变。这种机制尚不清楚，可能与血液游离脂肪酸有关，禁食引起游离脂肪酸升高，会竞争性结合Y蛋白和Z蛋白，或竞争膜上的转运蛋白。
胆红素的排除减少（胆汁淤积）可发生在肝脏或肝后，胆管堵塞（局部或完全）造成胆汁淤积（如胆汁浓缩）。胆汁阻塞导致结合胆红素反流入血液。阻塞可直接影响胆管系统，感染或肿瘤能够压迫或损伤胆管或胆小管。肝实质病变可造成肝细胞肿胀，堵塞胆小管，阻碍胆汁正常流动，导致胆汁淤滞。
小肠或胰腺损伤可引起肝外胆管阻塞，导致严重的胆汁淤积和高胆红素血症。胆囊或胆管破裂造成胆汁漏入腹腔也可引发高胆红素血症。
肝外细菌感染也可引起肝内性胆汁淤滞，造成结合胆红素排泄障碍，称为功能性或脓*症胆汁淤滞。
采用湿式生化仪时，胆蛋白质或δ胆红素会增加血清总胆红素的值。胆汁淤积性疾病恢复后，血清总胆红素会受到δ胆红素的影响，会假性升高。血清胆红素可能高于正常值，但尿液胆红素浓度正常，因为δ胆红素不能穿过肾小球。
若高胆红素血症是由胆汁淤积引起的，则犬血清ALP和GGT活性也会升高，这些指标对胆汁淤积更敏感，而猫没有这一现象。
大多数物种对胆红素都有一个较低的肾阈值，因为结合胆红素可被肾脏有效排泄，通常胆红素尿会先于高胆红素血症。健康犬常表现出轻度的胆红素尿，可能是犬肾小管能形成和结合胆红素。犬的胆红素尿需要和尿比重一起判读，正常情况下，浓缩尿（尿比重1.）可能含有少量的胆红素。
表格1引起高胆红素血症的疾病或原因
未结合胆红素生成升高：
溶血性疾病*，尤其是血管外溶血
肝细胞摄入未结合胆红素降低：
禁食或厌食*
造成功能性下降的肿瘤（弥散性肝管疾病）
未结合胆红素结合降低：
造成功能性下降的肿瘤（弥散性肝管疾病）
分泌进入胆汁的结合胆红素降低：
阻塞性胆汁淤积：
肝性胆汁淤积*：脂质沉积、糖尿病、类固醇肝病、淋巴瘤、组织胞浆菌、cytauxzoonosis（一种迅速致死性原虫感染）、肝硬化、胆管炎、胆管肝炎、门脉周肝炎、吡咯联啶生物碱中*、孢子粉中*、三叶草中*
肝后性胆汁淤积*：胆管炎、胆管癌、肝吸虫、结石、胆囊炎、胰腺炎、胰腺癌
功能性胆汁淤积：与败血症相关的胆汁淤积
血浆中δ胆红素持续性存在
*：相对常见疾病或情况。表中并未完全列出所有情况，并受检测方法、溶血的影响。
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