溺死的機制至今尚未最後闡明。過去認為淡水與海水溺死的機制不同。淡水溺死者水被大量吸收入血，使血液大大稀釋，血容量增加，心臟負擔增加，很快出現肺水腫，心律不規則，室性心律加快並發展為室性纖維性顫動，心力衰竭死亡。海水中溺死者吸入肺泡中的海水由於滲透壓較高，不但不進入血液，相反地可從肺泡壁毛細血管內吸出水分，而造成肺水腫，血液則可發生一定程度的濃縮。因此，海水溺死者常不發生心律紊亂，主要由於血液濃縮，粘滯度增高，最後發生心力和呼吸衰竭而死亡。但目前認為，無論淡水溺死或海水溺死，水或電解質的轉運均極小，故血容量之改變均不明顯，不至於構成上述改變而造成死亡。實驗一再證明，溺液被吸入呼吸道和肺泡內，妨礙呼吸運動，影響氣體交換，導致體內氧氣缺乏和二氧化碳的瀦留，氧分壓下降，二氧化碳分壓升高，高碳酸血癥。因此，不論是淡水或海水溺死，死因都是缺氧窒息和酸中毒所致。有時在溺水過程中，可吸入細沙、水草等物質或發生嘔吐致嘔吐物被吸入呼吸道，因而加劇了窒息或加速了窒息死亡。

　　除了上述主要死因外，少數人可死於入水後一剎那間，這是由於冷水刺激上呼吸道粘膜引起聲門痙攣導致急性反射性心跳停止而死亡。有人將溺死依呼吸道內有無溺液及其發生機制分為典型和非典型兩類。前者就是溺液進入並阻塞呼吸道和肺泡，影響氣體交換，引起典型的外窒息而死亡；後者是因反射性引起心跳停止而死亡，呼吸道中並無溺液，所以也稱為乾性溺死，約佔落水溺死的15%。