ВІЛ, проникнувши в організм, здатний вражати багато типів клітин: CD4 + лімфоцити, моноцити, тканинні макрофаги, дендритні клітини лімфатичних вузлів, астроцити і олігодендроціти мозку, епітеліальні клітини кишки, клітини шийки матки. Основним способом потрапляння вірусу всередину клітини є проникнення через специфічний рецептор. У лімфоцитів такою структурою є CD4. Після проникнення вірусного генома в цитоплазму на матриці вірусної РНК за допомогою зворотної транскриптази синтезується комплементарна нитка ДНК. Потім до утворилася однонитевой структурі ДНК за допомогою того ж ферменту добудовується друга нитка ДНК, а лінійна проміжна форма ДНК транспортується в ядро, де набуває кільцеву форму, інтегрується з ДНК клітини, перетворюючись в ДНК-провірус. З моменту інтеграції починається латентна стадія інфекції, при цьому транскрипції і трансляції з генів вірусу немає. Подібно до інших збудників повільних вірусних інфекцій ВІЛ може тривалий час перебувати в організмі людини в стані носійства, не викликаючи клінічних симптомів хвороби.
Ключовим моментом патогенезу ВІЛ-інфекції є активація провируса. При цьому активують факторами можуть виступати різні антигени, цитокіни, клітинні транскрипційні фактори, інші речовини. Процес активації транскрипції і синтез вірусних білків-попередників іноді приймає вибухонебезпечне характер. Завершальним етапом морфогенезу ВІЛ є збірка вірусних частинок і вихід їх з клітки. Інфікована клітина, в якій пройшов цикл активної реплікації вірусу, піддається прямій деструкції і цитолизу. Цей процес, званий ще цітонекрозом, є один з основних феноменів цитопатогенного дії ВІЛ. Іншими його компонентами є освіту сінцітіев (в синцитій залучаються, з одного боку, клітини, інфіковані ВІЛ і експресують на зовнішній мембрані вірусні білки gр20 і gр41, і, з іншого, - клітини, необов'язково інфіковані ВІЛ, але мають на зовнішній мембрані молекули CD4) , патогенні ефекти окремих вірусних білків на клітини і органи (gр20, що секретується в позаклітинне середовище в розчинній вигляді), хронічна інфекція клітин без швидкого їх цитолізу (моноцити / макрофаги, клітини ЦНС, епітеліоцити кишечника).
У розвитку захворювання і її клінічної маніфестації основну роль відіграє імунна система. Поступове зменшення в організмі кількості Т-лімфоцитів хелперів, зниження функціональної активності Т-лімфоцитів і НК-клітин, моноцитарно-макрофагальних клітин, розвивається імунодепресія призводять до розвитку важких опортуністичних інфекцій та пухлин. Зменшення СD4 + Т-клітин веде до недостатності всіх видів Т-залежного імунітету. При СНІД вірусом інфіковано не більше 1% всіх Т-клітин, які гинуть в результаті прямого цитолитического дії вірусу. Вважають, що основна частина інфікованих клітин гине внаслідок розвитку аутоімунної реакції і дисбалансу в цитокінової мережі, які здатні приводити до апоптозу. Спостерігається відносне підвищення продукції ІЛ-4, ІЛ-10, що виробляються ТН2-клітинами, і зниження продукції ІЛ-2, ИНФ. секретується ТН1-клітинами.
У хворих з ВІЛ-інфекцією спостерігається вироблення антивірусних антитіл. В основному вони спрямовані проти поверхневих вірусних антигенів, які виявляють високу мінливість. Якусь частину вільних вірусних частинок вони нейтралізують, але не зупиняють прогресію інфекційного процесу. Поліклональних активація В-лімфоцитів призводить до підвищення загального вмісту імуноглобулінів і циркулюючих імунних комплексів. З невідомих причин комплемент не инактивіюється вірус в комплексі з антитілами. У складі імунних комплексів вірусні частинки можуть транспортуватися в тканини і інфікувати чутливі клітини. Встановлено, що цитотоксичні Т-лімфоцити, НК-клітини надають літичної дію на ВІЛ-інфіковані клітини. Але, як виявилося, їх потенціалу недостатньо для повної елімінації вірусу. Крім того, цей процес ускладнює надвисока антигенная мінливість вірусу, а також його здатність надавати імуносупресивну дію на імунокомпетентні клітини, пригнічувати експресію молекул гістосумісності 1 і 2 класу.