Ögats lins består av många lager av långsträckta linsfibrer som ligger tätt packade innanför en tunn och elastisk linskapsel. Linsen kan liknas vid en trädstam, eftersom nya lager av linsfibrer bildas under hela livet och läggs utanpå de äldre.

På linsens främre insida, strax under linskapseln, finns ett tunt lager linsepitelceller. Nya linsfibrer utvecklas från dessa celler och när linsfibrerna mognar blir de långsträckta och förlorar bland annat sina cellkärnor och andra cellstrukturer som annars skulle kunna störa ljusets passage. De äldre linsfibrerna blir kvar och pressas successivt mot linsens centrum när nya fibrer bildas.

Linsfibrerna innehåller särskilda proteiner som kallas kristalliner. Linsens speciella uppbyggnad och den välordnade strukturen hos linsfibrerna och deras proteiner bidrar till att en frisk lins är genomskinlig och kan släppa igenom och bryta ljuset med liten ljusspridning.

Till skillnad från de flesta andra vävnader i kroppen saknar linsen blodkärl. Många av de linsfibrer och proteiner som bildas tidigt i livet finns dessutom kvar under mycket lång tid. Även om nya linsfibrer fortsätter att bildas, ersätts alltså inte de äldre fibrerna på samma sätt som celler i många andra vävnader. Förändringar i äldre linsfibrer och deras proteiner kan därför finnas kvar och successivt ansamlas med stigande ålder.

Vid åldersrelaterad grå starr sker flera förändringar i linsen. Linsfibrerna kan bland annat bli mer sammanpressade och linsens proteiner kan förändras i både struktur och kemiska egenskaper. En del proteiner kan klumpa ihop sig och bilda större ansamlingar. Samtidigt kan linsfibrernas tidigare välordnade uppbyggnad förändras. Följden blir att linsen gradvis förlorar sin genomskinlighet.

När linsen blir grumlig passerar ljuset inte längre genom den på samma ordnade sätt. En större del av ljuset sprids och linsen kan inte längre samla ljuset till en lika tydlig bild på näthinnan (figur 1).

Resultatet blir att bilden som når näthinnan blir allt suddigare och mindre kontrastrik. Man kan också bli mer känslig för bländning och uppleva att färger blir svagare eller mer gulaktiga.

Hur mycket synen påverkas beror bland annat på vilken typ av grå starr det är samt på grumlingens placering och omfattning. En grumling som ligger centralt i linsen kan påverka synskärpan tydligt även om den inte omfattar hela linsen, medan grumlingar i andra delar av linsen kan ge andra typer av synbesvär, till exempel ökad bländningskänslighet. Med tiden kan grå starren utvecklas och en större eller för synen mer betydelsefull del av linsen påverkas, vilket gör att synnedsättningen successivt kan öka.

Grå starr skadar i sig inte näthinnan eller synnerven. Problemet är i stället att den grumlade linsen sprider ljuset och försämrar den bild som når näthinnan. När den grumlade linsen ersätts med en genomskinlig konstgjord plastlins kan ljuset åter passera och fokuseras tydligare på näthinnan. De flesta får därför bättre syn efter en gråstarroperation. Hur stor synförbättringen blir beror dock också på om det finns andra förändringar eller sjukdomar i ögat.