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轉移性胸膜腫瘤引起惡性胸水有多種不同的機制。按Light的意見，腫瘤轉移至胸膜，增加胸膜表面滲透性，使更多的蛋白滲入胸膜腔。但是惡性胸水病人的胸腔蛋白含量相等，故增加胸膜滲透性不是引起胸水的主要原因。在大多數轉移性胸膜腫瘤病人，胸腔積液的主要機制可能是降低從胸膜腔內清除蛋白的能力。從惡性胸水病人胸腔引出的淋巴液量較結核病、肺栓塞或充血性心衰病人少，其原因是由於腫瘤轉移至壁層胸膜，堵塞其淋巴管，或是腫瘤累及縱隔淋巴結，減少流入壁層胸膜的淋巴流量。一葉或主要支氣管被腫瘤堵塞，則梗阻遠端的肺組織變為不張，而其餘肺組織過渡膨脹或同側胸廓內陷，均可導致胸腔負壓增高。如果支氣管部分梗阻引起遠端肺炎，則可形成類肺炎胸腔積液。胸導管被腫瘤堵塞也可引起乳糜胸，大部分非創傷性乳糜胸是繼發於腫瘤侵犯胸導管，淋巴瘤極易引起乳糜胸。倘若腫瘤累及心包，使體循環和肺循環的靜脈壓升高，則有可能引起胸腔漏出液。惡性轉移性胸膜腫瘤病人的胸水，也可能由於低蛋白血症、肺栓塞或放射治療後造成。在支氣管肺癌病人，其胸膜轉移是由於肺動脈內腫瘤栓子流入同側臟層胸膜，而壁層胸膜轉移是臟層胸膜轉移的延伸。兩側胸膜如有轉移，說明病人的肝臟已被累及，腫瘤栓子由肝轉移灶再轉移而來。