圧迫された左腎静脈の内部では、逃げ場を失った血液がうっ滞し、血管の内圧が急上昇します。腎臓の毛細血管網（糸球体や腎盂周囲の細静脈）は非常に繊細なため、過剰な圧力に耐えきれずに微小な血管が破綻します。破れた血管から尿の通り道へと血液が漏れ出ることこそが、ナットクラッカー症候群の血尿が生じる直接的な原因です。顕微鏡でしか確認できない「顕微鏡的血尿」にとどまる軽度なケースから、肉眼で赤や褐色と分かる「肉眼的血尿」が運動後や長時間の立位後に突然現れるケースまで重症度は様々です。
さらに、多くの患者を悩ませるのが慢性的な左側腹部痛の原因としての側面です。腎静脈の内圧上昇に伴って腎皮膜が引き伸ばされたり、うっ血によって局所の組織が虚血状態に陥ったりすることで、左の脇腹から背部にかけて鈍い痛みが持続します。痛みは午前中よりも、重力の影響で血液が下半身に鬱滞しやすい夕方や運動後に増悪する特徴を持っています。
この病気の厄介な点は、影響が腎臓周囲だけにとどまらない点にあります。左の腎静脈には、生殖器からの血液を回収する「左性腺静脈（男性は精巣静脈、女性は卵巣静脈）」が合流しています。左腎静脈の圧力が異常に高くなると、心臓へ向かうはずの血液が性腺静脈へと逆流し始めます。その結果、男性では陰嚢内の血管が瘤状に腫れ上がる「精索静脈瘤」や睾丸痛を引き起こし、女性では骨盤内の静脈叢が拡張して下腹部痛、性交痛、生理痛の悪化、外陰部静脈瘤などを伴う骨盤うっ血症候群を続発させることが臨床研究でも広く実証されています。
