胆固醇不溶于水而溶于胆汁。胆汁中的胆盐和磷脂形成的微胶粒将胆固醇包裹于其中，而使其溶解。在胆汁中还存在着一种由磷脂酞胆碱和胆固醇按同等比例组成的球泡，亦称胆固醇磷脂泡，其中无胆盐。球泡溶解胆固醇的能力比微胶粒大10-20倍，可溶解80%以上的肝胆汁内的胆固醇。但球泡的数量随胆盐浓度的增加而减少，当胆汁中胆盐浓度超过40mmol/L时，球泡消失。胆汁中球泡愈少，胆固醇愈不稳定，易于析出形成结石。
胆汁酸(盐)由胆固醇在肝内合成后随胆汁分泌至胆囊内储存并浓缩。进食时胆盐随胆汁排至肠道，其中95%的胆盐能被肠道(主要在回肠)吸收入肝，以保持胆盐池的稳定。当胆盐的循环被破坏，胆汁中胆盐减少，或胆固醇增加，则胆固醇易于析出形成结石。
胆红素在肝内与葡萄糖醛酸结合，随胆汁排入肠道后不被重吸收，在回肠下段及结肠内经细菌作用转变为尿胆素原，后者小部分被肠吸收，由肝细胞摄取、处理后再从胆汁排入肠腔，形成胆红素的循环。如胆红素在肝内未与葡萄糖醛酸相结合，或当胆道感染时，大肠杆菌所产生的酶将结合性胆红素水解成为非结合性胆红素，易聚结析出与钙结合形成胆红素钙，促发胆色素结石形成。
