冷球蛋白常用的检测方法有等电聚焦分析(1EF)。有研究报道，18个EMC患者的IgG等电聚焦分析表明10／18的患者出现数个阳性条带，IgM等电聚焦分析证实18位均有天然的单克隆IgM。也有研究显示，在8/18的Ⅱ型EMC患者中确定冷球蛋白IgM是多克隆的，且IgG均为多克隆，较普通的IgG等电点偏碱；Ⅱ型冷球蛋白由微异质性的冷球蛋白组成，；包括寡克隆；IgM或混合的多克隆和单克隆IgM，被称为Ⅱ一Ⅲ型冷球蛋白。
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在冷球蛋白血症(EC)患者中，由于慢性抗原刺激如慢性的病毒感染，机体内产生抗病原体抗体，随后产生RF和(或)通过抗独特型网络产生IgG和(或)IgM自身抗体。RF的结构特征和(或)抗球蛋白反应性是导致免疫复合物冷凝集沉淀最终造成肾损伤的原因。随着冷凝集性免疫复合物的形成，抗原在循环中减少。Dolcher等报道在肾小球中检测到抗含IgG自身抗体的冷凝集沉淀物，这种IgG首先与自身抗原结合，随后与相应的IgM型RF结合。因此，RF参与结合自身抗原的免疫复合物形成。
在实验模型中，冷凝集免疫复合物与肾小球肾炎的发生相关，例如将IgG3型的鼠冷凝集性RF注射给一个正常的小鼠可诱导产生外周脉管炎和肾小球肾炎。
细菌感染后，通过干扰独特型／抗独特型网络可调节自身抗体的产生。病毒持续感染刺激B细胞不断地扩增，分泌大量多克隆免疫球蛋白，这种情况在某些病人中可能导致Ⅲ型冷球蛋白血症。而在某些HCV感染的患者体内，可能会出现多克隆转化成寡克隆，最终出现单克隆IgM，进而出现Ⅱ型冷球蛋白血症。上述变化会出现于RA、EBV感染时。
形态学上肾损伤的特征表现为集中或散在灶性的毛细血管内膜增生。在多数情况下，主要的特征为膜性增生性肾小球肾炎(MPGN)伴有毛细管襻的“双轮廓”外观。最特异性的发现是在肾小球基膜内皮侧出现了数量众多的、不定形的血栓并且阻断毛细管襻腔。这些沉积物反映了肾病的严重程度，且表明冷凝集物中存在有单克隆免疫球蛋白。在多数出现严重组织学改变的肾组织中发现了冷凝集IgM，与此同时在患者外周血中也检测到冷球蛋白性IgMRF。
有关冷球蛋白诱导血管炎和肾小球损害机制有两种假说。第一种学说认为，由多种特殊情况(诸如蛋白浓度增加、纤溶酶和pH改变)诱导急性冷球蛋白在血管腔内聚集和沉淀、出现腔内血栓。第二学说认为由免疫复合物介导的，以内皮下的复合物沉积为特征的，属于慢性冷球蛋白自然形成免疫复合物沉淀，诱发渗出性MPGN。这两个机制可以共存，并且冷球蛋白在肾脏中凝集、沉淀可能不仅直接导致肾组织损害，而且增加了循环中IgM、IgG的沉积。在另一方面，出现IgG3 RF和抗DNA单克隆冷球蛋白性肾小球损害，并发外周血免疫复合物缺乏提示具有冷球蛋白性质的自身抗体可能参与狼疮性肾炎的发病机制。
