Las anomalías funcionales y estructurales que subyacen a la MCH son poco conocidas. Estudios experimentales han puesto de manifiesto alteraciones funcionales del sarcómero, como reducción o aumento —dependiendo de la mutación— de la generación de fuerza, alteraciones del ciclo de Ca++ o un empleo anormal del ATP. Tanto en animales de experimentación como en humanos, la disfunción diastólica precede al desarrollo de hipertrofia.

La hipertrofia septal asimétrica puede dar lugar a una obstrucción subaórtica dinámica, determinada por el engrosamiento sistólico del tabique hipercontráctil en la zona opuesta a la valva septal de la válvula mitral, lo que hace que contacte con ésta. Esta obstrucción, que está presente en reposo en una tercera parte de los pacientes, se desencadena con el ejercicio en otro tercio. Otras situaciones que desencadenan o incrementan la obstrucción son el aumento de contractilidad ventricular (como sucede tras una pausa postextrasistólica), las reducciones de precarga o de postcarga (administración de vasodilatadores, diuréticos, deshidratación).

Los enfermos con MCH pueden presentar isquemia miocárdica debida a un desproporcionado aumento de la masa miocárdica en ausencia de un incremento paralelo de la vascularización miocárdica. En los casos en que existe obstrucción subaórtica, además, la aparición de un gradiente sistólico de presión entre la cavidad ventricular y la aorta (aunque realmente el gradiente se produce entre el cuerpo del ventrículo izquierdo y la zona subvalvular aórtica) hace que, mientras que la presión sistólica intraventricular está elevada —condicionando un aumento de los requerimientos miocárdicos de O₂— la presión aórtica no lo está. Puesto que la presión de perfusión coronaria depende de la presión arterial diastólica (que también es menor que si no hubiese gradiente), se dan las condiciones desfavorables de un aumento de las demandas miocárdicas de O₂ sin un aumento del aporte.