急性大量失血的主要病理生理变化源于血容量急剧减少和动脉血压降低。在早期，身体通过一系列代偿机制来应对这一状况。首先，心血管系统通过加速心率和提升心输出量，以补偿血容量的缺失。循环血量被重新分配，优先保证心脏、肺、肝、脑等重要器官的血液供应。此时，临床表现主要表现为血容量不足，但血红蛋白和红细胞比积可能仍在正常范围内，因为红细胞和血浆是按比例丢失的。
约2-3天后，血容量的恢复主要依靠血浆外的水、电解质和白蛋白被动员进入血液，增加血浆容量，稀释血液并降低粘稠度，从而加速血流，有助于组织获取更多氧气。然而，这会导致血红蛋白浓度和红细胞比积下降，从而引发贫血症状。急性失血导致的组织缺氧，会刺激肾脏产生红细胞生成素，促使骨髓中的幼红细胞增生。在失血后的5天，幼红细胞增生达到高峰，骨髓的代偿能力取决于骨髓本身的造血功能、对红细胞生成素的反应以及铁的充足供应。
急性失血性贫血是因外伤或疾病致血管破裂，或凝血、止血障碍等原因使大量血液在短期内丢失，不仅影响血容量而且引起急性失血后贫血，其发生初期贮铁并不减少。