1. 単純網膜症
単純網膜症では、高血糖状態の累積により網膜細小血管の血管壁を構成する内皮細胞や壁細胞が障害され、毛細血管瘤、点状出血、しみ状出血が出現する。また、血管透過性が亢進し、網膜浮腫や硬性白斑を生じる。単純網膜症では通常、自覚症状を欠くが、黄斑浮腫を合併した場合には視力が低下する。黄斑浮腫は透析導入数ヶ月以内に改善し、視力が回復することが多い（燃え尽き網膜症）。したがって、透析導入後に視力低下が認められても、すぐに硝子体手術を行うのではなく、しばらく経過を観察する。

2. 前増殖網膜症
単純網膜症が進展すると、網膜には血液循環障害が生じるようになる。すなわち、網膜細動脈の閉塞により限局性の虚血が発生する。この段階では、眼科的に網膜光凝固術が行われる。

3. 増殖網膜症
やがて、網膜の血管床閉塞領域からは血管新生因子が放出され、新生血管が生じるようになる。広い範囲で血管床が閉塞する場合には、視神経乳頭、虹彩、隅角からも新生血管が生じる。新生血管は出血しやすく、しばしば網膜前出血や硝子体出血が生じる。これらの出血が吸収する過程で多くの場合、後部硝子体と網膜との間に増殖膜が生じる。これにより後部硝子体剥離が生じ、その牽引により牽引性網膜剥離が誘発される。牽引性網膜剥離が高度になると失明の危険が増大する。

増殖網膜症では、眼科的には網膜光凝固術や硝子体手術が行われる。

虹彩や隅角に新生血管が出現すると、線維血管性増殖膜が隅角を閉塞し出血性緑内障が発生する。出血性緑内障では眼圧のコントロールが困難であり、失明の危険性が高い。

糖尿病性網膜症に対する内科的治療の中心は十分な血糖コントロールである。しかし、長期間血糖コントロールが不良であった患者に対して、急激な高血糖の是正を行うと、網膜細小血管の循環血流量の低下、血小板凝集能の亢進、赤血球酸素解離能の低下などが生じる。とくに前増殖網膜症よりも進展した糖尿病性網膜症では、これらの変化は急激な血管床閉塞に繋がる。このような問題を避けるため、血糖のコントロールは緩徐に行わなければならない。