血性胸水的原因很多，如自发性气胸可造成胸膜粘连带内的血管破裂致出血。胸腔内癌肿，如支气管肺癌、胸膜转移癌、胸膜间皮瘤等，侵犯胸膜直接侵蚀血管出血。

胸膜的结核病变造成炎性浸润，使血管通透性增加或胸膜毛细血管增生渗血，或结核结节直接造成血管壁坏死及血管破裂出血。主动脉夹层动脉瘤破裂，食管破裂等造成大出血，而进入胸膜腔致血性胸水。外伤导致的胸腔内出血，有一些血液病、肺栓塞、肺吸虫病等也会造成血性胸水。