Bản chất của quá trình đông máu chính là sự thay đổi tính chất của máu, máu chuyển từ thể lỏng (khi chảy trong lòng mạch) thành thể rắn (khi thoát ra khỏi lòng mạch) nhờ sự tham gia của nhiều yếu tố.

Nguyên nhân đông máu

Do sự va chạm của các tiểu cầu lên vết xước thành mạch, kích thích chuyển fibrinogen thành fibrin (các sợi tơ huyết). Chúng liên kết lại tạo thành một mạng lưới, ôm các tế bào máu và kết lại một cục tạo thành cục máu đông.

Các yếu tố tham gia vào quá trình đông máu:

• Fibrinogen: là tiền chất để tạo thành các sợi tơ huyết Fibrin.
• Prothrombin: là một loại protein huyết thanh có tác dụng hình thành nên Thrombin xúc tác cho quá trình chuyển Fibrinogen thành Fibrin.
• Phức hợp Prothrombinase xúc tác chuyển Prothrombin thành Thrombin. 
• Thromboplastin: được sản xuất bởi mô tổn thương, tham gia vào quá trình đông máu ngoại sinh. Chúng có tác dụng thay thế phospholipid tiểu cầu và protein huyết tương.
• Ca++ có vai trò tham gia vào quá trình đông máu. Nếu không có ion này thì quá trình đông máu không xảy ra.
• Các tế bào máu: tiểu cầu giải phóng nhiều chất tham gia vào quá trình đông máu. Hồng cầu, bạch cầu giúp hình thành cục máu đông.

Cơ chế đông máu:

Cơ chế ngoại sinh

Khi mạch máu tổn thương, máu tiếp xúc với vị trí tổn thương. Mô ở vị trí tổn thương giải phóng ra yếu tố III (thromboplastin mô) và  phospholipid. Yếu tố III, IV (calci) cùng yếu tố VII, và phosphlipid mô hoạt hóa yếu tố X. Yếu tố X hoạt hóa cùng với yếu V, phospholipid mô và ion calci tạo thành phức hợp prothrombinase.

Cơ chế nội sinh

Đồng thời khi máu tiếp xúc với vị trí tổn thương sẽ làm hoạt hóa yếu tố XII  và tiểu cầu làm giải phóng phospho lipid. Yếu tố XII hoạt hóa yếu tố XI và yếu tố XI hoạt hóa yếu tố IX. Yếu tố IX cùng với yếu tố VIII hoạt hóa, phospho lipid tiểu cầu và Ca +2 hoạt hóa yếu tố X. Yếu tố X, yếu tố V, cùng với phospho lipid tiểu cầu và Ca +2 tạo nên phức hợp prothrombinase.

• Hình thành nút tiểu cầu: để bịt kín các vết rách li ti trên thành mạch. Khi tiểu cầu tiếp xúc với sợi collagen dưới nội mạch tại vị trí mạch máu bị tổn thương, chúng phồng to lên, xù xì, đồng thời tiết ra các chất như Thromboxan A2 và ADP để hoạt hoá các tiểu cầu xung quanh tạo thành một nút tiểu cầu bịt kín vết rách.
• Hình thành cục máu đông: gồm 3 giai đoạn:

• Tiểu cầu giải phóng phospholipid, kết hợp cùng với một số yếu tố khác tạo thành phức hợp prothrombinase.
• Phức hợp prothrombinase xúc tác quá trình chuyển prothrombin thành thrombin.
• Thrombin có tác dụng xúc tác chuyển fibrinogen thành fibrin.
• Mạng lưới fibrin bắt giữ các tế bào máu hình thành nên cục máu đông bịt kín chỗ tổn thương lớn.

Ý nghĩa quá trình đông máu:

• Bịt kín các lỗ trên thành mạch để tránh máu thoát ra khỏi mạch máu đi vào khoảng gian bào.
• Bịt kín các vết thương lớn, cầm máu tránh hiện tượng mất máu cấp tính do tai nạn gây nguy hiểm tính mạng.
• Trong các xét nghiệm y học (xét nghiệm kháng thể), người ta ứng dụng quá trình đông máu để tách huyết thanh làm nguyên liệu xét nghiệm.