Eine Form von Gallensteinen, die Cholesterinsteine, entsteht, wenn sich die Zusammensetzung der Gallenflüssigkeit verändert. Normalerweise liegen Gallensäuren und Cholesterin in einem bestimmten Verhältnis vor. Die Gallensäuren sorgen dafür, dass das wasserunlösliche Cholesterin in Lösung bleibt. Typisch für die steinbildende Galle ist der hohe Anteil von Cholesterin und/oder der verminderte Anteil von Gallensäuren, so dass die Galle mit Cholesterin übersättigt ist. Bei einem Cholesterinüberschuss oder Gallensäurenmangel kristallisiert das Cholesterin aus. Die Cholesterin-Kristalle lagern sich aneinander an und bilden so einen Gallenstein. Wenn sich die Gallenblase nicht richtig zusammenziehen und damit entleeren kann, erhöht sich das Risiko eines Gallensteins.

Pigmentsteine bilden sich, wenn im Körper vermehrt Bilirubin entsteht und die Umwandlung in seine löslichen Abbauprodukte bzw. deren Abfluss gestört ist. Dies kann bei schweren Lebererkrankungen wie einer Zirrhose aber auch bei Infektionen der Fall sein. Sie entstehen meist in den Gallengängen.

Die meisten Gallensteine bilden sich in der Gallenblase. Gallensteine in den Gallengängen sind meist dorthin gewandert. Eine Verstopfung der Gallengänge begünstigt das Bakterienwachstum und kann so zu einer bakteriellen Infektion führen. Daraus kann sich eine narbige Verengung entwickeln, die den Gallenfluss selbst dann noch behindert, wenn der Stein bereits abgegangen ist.