心衰时，心脏可能无法为组织提供足够的血液来满足代谢需求，与心脏相关的肺循环和体循环静脉压力升高可能导致器官充血。这种情况可由收缩或舒张功能异常引起，通常两者均有。虽然原发异常主要在心肌功能的变化，但细胞外基质胶原蛋白也会有变化。 心脏结构异常（如先天性缺损，瓣膜异常），节律异常（包括持续性心率过高），和高代谢需求（如甲亢）也可以引起心衰。
射血分数降低的心力衰竭（HFrEF）在HFrEF（也称为收缩性HF）中，以左心室弥漫性收缩功能减退占主导地位。左心室收缩不良，不能充分排空，导致
增加舒张容积和压力
射血分数降低（≤ 40%）
在能量利用、能量供应、电生理功能和收缩功能要素间的相互作用出现许多缺陷，细胞内钙调节和cAMP产生的异常。
显著的收缩功能障碍通常见于因心肌梗死，心肌炎和扩张型心肌病引起的心衰。收缩功能障碍常首先影响左室或右室；左室衰竭常导致右室衰竭。
射血分数保留型心力衰竭（HFpEF） 在 HFpEF（也称为舒张性心力衰竭）中，LV 充盈受损，导致
静息或运动时左室舒张末压升高
通常，正常的 LV 舒张末期容积
此时心肌收缩力和射血分数保持正常l (≥ 50%)。
然而，在部分患者中，左室充盈受限导致左心室舒张末期容积减少，从而导致低CO（心输出量）和全身症状。左房压升高可引起肺动脉高压和肺淤血。
舒张功能障碍常起因于心室松弛（一个主动过程）受损，心室僵硬度增高，瓣膜病，或缩窄性心包炎。急性心肌缺血也是舒张功能障碍的一个病因。对充盈的抵抗随年龄的增长而增加，可能反映了心肌细胞的功能异常、心肌细胞的丢失，间质胶原蛋白沉积增多；因此舒张功能障碍在老年人更常见。舒张功能障碍在肥厚型心肌病，伴有心室肥厚的疾病（如高血压，严重的主动脉瓣狭窄），以及心肌的淀粉样变中更多见。如果右室压力明显升高推动室间隔向左侧移动也会造成左室的充盈和功能受损。
舒张功能障碍越来越被认为也是引起心衰的一个原因。据不同估计，大约50%的心衰患者为HFpEF；发病与年龄、糖尿病相关。 现在已知HFpEF是一种复杂的、异质的、多器官的、全身性的综合征，常伴有多种病理生理过程。 目前的数据表明，多种合并症（如肥胖、高血压、糖尿病、慢性肾病）导致全身性炎症、广泛血管内皮功能障碍、心脏微血管功能障碍，最终，这些心脏的分子变化导致心肌纤维化和心室僵硬增加。因此，虽然HFrEF通常与原发性心肌损伤相关，但HFpEF可能与心脏外异常导致继发性心肌损伤有关。
射血分数轻度降低的心力衰竭（HFmrEF）国际社会提出了射血分数轻度降低的HF（HFmrEF）概念，其中患者左室射血分数为41-49%。目前尚不清楚该组是一个独特的人群还是由患有 HFpEF 或 HFrEF 的患者混合组成。
左室衰竭 左心衰竭是由于LV功能障碍，CO减少，肺静脉压升高。 当肺毛细血管压超过了血浆蛋白的渗透压（大约24mmHg）时，液体就从毛细血管渗出到肺间质和肺泡，降低了肺顺应性，增加呼吸功。淋巴液引流增加但不能代偿肺内液体的增加。肺泡内明显积液（肺水肿）严重影响了肺的通气灌注比例（V/Q）：缺氧的肺动脉血通过通气不良的肺泡时，降低了全身的动脉血氧分压（PaO2），导致呼吸困难。然而，呼吸困难可出现在V/Q比发生异常之前，可能是由于肺静脉压升高和呼吸功的增加；其确切的机制还不清楚。
在严重的或慢性左心衰竭患者中，常出现胸腔积液，进一步加重呼吸困难。每分通气量增加；PaCO2下降，血pH值增加（呼吸性碱中毒）。明显的小气道间质水肿可以阻碍通气，PaCO2升高——预示呼吸衰竭即将发生的一个体征。
右室衰竭 在右室功能障碍引起的心衰中，全身静脉压升高，导致液体外渗和随之而来的水肿，首先发生于低位的组织（非卧床患者的足、踝部位）和腹腔脏器。 肝脏常受累严重，但胃和肠也常会有充血；液体也可以积聚在腹膜腔即腹水。 右室衰竭常引起中度肝功能异常，伴直接或间接胆红素、PT和肝酶尤其是碱性磷酸酶和gamma-谷酰胺转酞酶[GGT]）的中度升高。 损伤的肝脏降解醛固酮减少，更进一步增加了液体的积聚。慢性的内脏淤血可以产生食欲减退，营养和药物吸收不良，蛋白质丢失性肠病（主要表现为腹泻和明显低白蛋白血症），慢性胃肠道出血，和罕见的缺血性肠梗死。
心脏的反应在HFrEF，左室收缩功能严重受损，需要较高的前负荷来保持CO。结果，久而久之引起心室重构：在重构期间，左室不再是卵圆形，而接近球形，并有扩张和肥厚；右室也可出现扩张或肥厚。这些变化在初期起代偿作用，但重构最终与不良结果相关，因为这些改变最终增加心室舒张期的僵硬度和室壁的张力（即，舒张功能障碍），减弱了心脏的做功能力，尤其是在有体力活动的时侯。 室壁压力增加，使心肌对氧的需求增加，加速了心肌细胞的凋亡（细胞程序性死亡）。扩张的心室还可以引起二尖瓣和三尖瓣反流（由于瓣环的扩张）进一步增加了舒张末容积。
血流动力学反应随着心排血量的减少，O2含量的维持是通过增加O2的摄取以及氧合血红蛋白的氧解离曲线 (见图氧合血红蛋白解离曲线) 右移以使O2释放量达到最大。
心排血量减少伴随着全身血压下降，激活动脉压力反射，增加交感神经张力，降低副交感神经张力。 结果，心率增加、心肌收缩力增强，选择性小动脉血管床收缩，静脉也收缩，引起水钠潴留。 这些变化弥补了心室做功下降，有助于维持心衰早期血流动力学和内环境的稳定。 然而，这些代偿性改变增加了心脏做功、前负荷和后负荷；减少了冠脉和肾脏的灌注；引起液体积聚导致瘀血；增加钾排泄；并可能会引起心肌细胞坏死和心律失常。
肾脏反应当心功能恶化时，肾血流减少（源于低心排），肾静脉压升高导致肾静脉淤血，继而导致肾小球滤过率降低，血液在肾内进行再分布。 另外，肾静脉压增高，导致肾静脉充血。这些改变都会导致GRF（肾小球滤过率）降低、肾脏内血流重新分布。 滤过分数和钠滤过减少，但肾小管对钠的重吸收增加，导致水钠潴留。在运动时血流的再分布使肾脏血流更加减少，但休息时血供却反而增加。
肾灌注减少（可能继发于心室功能减退引起的动脉收缩期张力的降低）激活 肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RASS），增加钠和水的重吸收，保持肾和外周血管床的张力。 与心衰同时发生的强烈交感神经激活放大了这些效应。
肾素-血管紧张素-醛固酮-抗利尿激素（抗利尿激素[ADH]）系统使得潜在的损害因素产生剧变效应。 血管紧张素II通过引起血管收缩，包括肾小球出球动脉的收缩，以及增加醛固酮产生而加重心衰，醛固酮不仅增加远端肾单位对钠的重吸收，也使心肌和血管发生胶原沉积和纤维化。血管紧张素II增加去甲肾上腺素的释放，刺激血管升压素的释放，并触发细胞凋亡。血管紧张素II可能涉及血管和心肌肥厚，因而参与心脏和周围血管的重构，这些都逐渐使心衰加重。心脏和血管不依赖血管紧张素II也可以分泌醛固酮（它可能被促肾上腺皮质激素，一氧化氮，自由基和其他刺激因子的介导）并对这些器官起损害作用。
心衰引起进行性肾功能不全（包括由治疗心衰的药物引起的肾功能不全）并促使心衰加重，称为心肾综合征。
神经激素反应在应激状态下，神经激素的反应帮助提高心功能，维持正常血压和器官灌注，但是这些反应的慢性激活对保持心肌刺激和血管收缩激素以及心肌松弛和血管舒张激素之间的正常平衡是有害的。
心脏含有许多神经激素的受体（如alpha1，beta1，beta2，beta3，血管紧张素II的I型[AT1]和II型[AT2]受体，毒蕈碱，内皮素，血清素，腺苷，细胞因子，脑钠肽）；这些受体的角色尚未定义明确。 在心衰患者中，beta1 受体（占心脏beta受体的70%）下调，可能是对强烈的交感神经激活作出的反应。下调的结果是心肌收缩减弱和心率加快。
血浆去甲肾上腺素水平升高，很大程度上反映了交感神经激活，因为血浆肾上腺素水平并不升高。其有害作用包括血管收缩引起前负荷和后负荷增加，包括细胞凋亡在内的直接心肌损害，肾脏血流减少，激活其他神经激素系统，包括肾素-血管紧张素-醛固酮-血管升压素系统。
血管升压素被释放是对不同神经激素刺激引起的血压下降的一种反应。 血管升压素增加，降低肾脏对自由水的排泄，可能是心衰患者产生低钠血症的原因。血压正常的心衰患者血管升压素水平存在差异。
心房利钠肽增加是对心房容积和压力增加的反应；心室分泌的脑（B型）脑钠肽（BNP）是对心室牵张的反应。 这些肽可促进肾脏的排钠作用，但在心衰患者，由于肾脏灌注压降低、受体下调，可能还有酶的降解作用增强，从而使这一作用被削弱了。 此外，利钠肽水平升高对肾素 - 血管紧张素 - 醛固酮系统和儿茶酚胺的刺激具有反馈调节作用。
由于心衰患者的内皮功能障碍，内源性的血管舒张因子（如，一氧化氮，前列腺素）分泌减少，而内源性血管收缩因子（如内皮素）生成增加，因而增加了后负荷。
衰竭的心脏和其他器官产生肿瘤坏死因子（TNF）-alpha。这种细胞因子增加了分解代谢，可产生心性恶病质（肌肉组织丧失可≥10%），引起有严重症状的心衰，和其他损害改变。心功能的下降同时伴有游离脂肪酸利用增加和糖利用率降低等代谢的变化；这些变化可能会成为治疗的靶点。
年龄的变化 与年龄相关的心脏和心血管系统的变化降低了心衰的表现阈值。心肌间质胶原蛋白增加，心肌僵硬，和心肌松弛被延长。 这些变化导致了左室舒张功能显著降低，即使是健康的老年人也是如此。随年龄增长心脏收缩功能也有中等程度降低。 与年龄相关的心肌和血管对beta肾上腺素能刺激的反应性下降进一步损害了心血管系统对增加做功需求的反应能力。
这些变化的结果是最大运动能力下降（30岁以后每10年下降8%），在运动顶点时心输出量也有一定的降低。有规律的体育锻炼可以减慢这种衰退。对系统功能障碍的应激反应或相对中度的心血管损害的反应，年老者要比年轻者更容易发生心衰症状。应激因素包括炎症（尤其是肺炎），甲亢，贫血，高血压，心肌缺血，缺氧，高热，肾衰竭，围术期Ⅳ级液体负荷，药物治疗依从性差或低盐饮食，和使用某些特定药物（尤其NSAIDs[非甾体抗炎药物]）。