胆红素来源于血液中衰老、破坏或死亡的红细胞，红细胞中的血红蛋白降解后，其中的血红素变成非结合胆红素，非结合胆红素就是间接胆红素。间接胆红素生成后，与血液中的白蛋白结合，运送到肝脏，在肝脏内被肝细胞摄取并和葡萄糖醛酸结合，这个过程需要在一种酶的催化下进行，结合后可溶于水，这时候的胆红素变成了结合胆红素，又叫直接胆红素。直接胆红素随后被肝细胞分泌到胆汁中，经各级胆管进入十二指肠，在肠道内，直接胆红素经细菌代谢，变成尿胆原。一些尿胆原经粪便排出，所以，粪便和尿会呈黄色；一些尿胆原被重吸收，经血液循环再次被肝细胞摄取，一系列的处理过程后，再次分泌到胆汁中，这个过程，叫肝肠循环。

因此，在直接胆红素生成和处理的过程中，所涉及的一些环节出现异常，就会导致直接胆红素增多（偏高）。最常见的情况有三种，每种情况的病因导致的胆红素升高的机制之间有重叠：

1、肝细胞功能障碍

常见的原因有药物(包括毒物)性肝损害和病毒性肝炎，少见的原因有酒精性肝病、血色病、原发性胆汁性胆管炎、原发性硬化性胆管炎、脂肪性肝炎、Wilson病等。

2、肝内胆汁淤积

为肝内胆汁的通路受阻，常见的原因是酒精性肝病、药物、毒性和病毒性肝炎，其他一些病，如淀粉样变性、淋巴瘤、结节病、结核等，偶尔也可以引起，妊娠和脂肪肝也偶尔会引起。

3、肝外胆汁淤积

胆总管梗阻、胰腺癌、急性胆管炎、胰腺假性囊肿、原发性硬化性胆管炎、手术引发的胆总管狭窄问题和其他肿瘤压迫，导致胆汁排泄通路受阻，直接胆红素重吸收入血增多。此外，还有一些先天性的疾病，常常导致特征性的单纯直接胆红素升高，如Dubin-Johnson综合征和Rotor综合征，其特点是谷丙和谷草转氨酶一般是正常的。