豬輪狀病毒感染所致病理變化主要限于小腸，是腸絨毛上皮細胞變性壞死與代償性再生反應的綜合結果。
14日齡內的病豬病變最嚴重，胃內常充滿凝乳塊和乳汁。小腸的后2/3～1/2腸壁變薄，半透明，腸腔膨脹，含有大量水分、絮狀物及黃色或灰白色的液體。有時小腸廣泛出血，腸系膜淋巴結腫大。盲腸和結腸也含類似的內容物而顯膨脹。21日齡或更大齡豬的大體病變可能不嚴重。
光學顯微鏡觀察發現絨毛上皮細胞變性，從鄰近的細胞或從基底膜脫離，導致絨毛嚴重萎縮。萎縮的絨毛頂部可能成嚙蝕狀或由較細的鱗狀上皮細胞覆蓋，絨毛分布疏散。腸腺上皮增生，導致腸腺深度大大加深。絨毛固有層有淋巴細胞浸潤。
掃描電鏡可觀察到變性的絨毛上皮細胞溶解和/或脫落，導致絨毛破潰、高度降低。透射電子顯微鏡可觀察到感染的絨毛上皮細胞胞漿內含有多量大小不等的、電子密度的病毒粒子，含單層衣殼或雙殼衣殼。
成熟的病毒粒子75～78nm，雙層衣殼，聚集在內質網的囊膜中。單殼病毒顆粒通過出芽穿過粗面內質網膜而獲得外衣殼。B群輪狀病毒感染時可觀察到病毒的核心粒子。病毒感染細胞發生退行性改變，包括細胞及細胞器(線粒體等)腫脹、微絨毛斷裂等。 imuyi.com
