Dla śpiączki hipermolalnej charakterystycznym zaburzeniem jest bardzo nasilona hiperglikemia bez kwasicy ketonowej i bardzo duży stopień odwodnienia, co w sumie doprowadza do wybitnego wzrostu molalności osocza (płynu zewnątrzkomórkowego). Przyczyna hipeiglikemii, która często przekracza 55,5 mmol/1 (1000 mg%), nie jest w pełni wyjaśniona i dość trudno tłumaczyć ją tylko niedoborem insuliny, najczęściej nie tak bardzo dużym. Prawdopodobnie znaczenie ma tu także stopniowo narastające odwodnienie, które w pewnej fazie zmniejszając perfuzję nerek powoduje zaburzenie ich czynności i gwałtowne zwiększenie stężenia glukozy we krwi. Jeszcze bardziej niezrozumiała jest nieobecność ketozy i kwasicy metabolicznej w tym typie śpiączki. Przypuszcza się, że przyczyną tego zjawiska jest ograniczenie lipolizy; u większości chorych znajdujących się w stanie śpiączki hipermolalnej zawartość WKT w surowicy nie jest zwiększona. To ograniczenie lipolizy mimo braku insuliny i niemożności zużytkowania glukozy tłumaczy się kilkoma hipotezami. W rachubę może wchodzić zmniejszone wydzielanie hormonów lipolitycznych, jak hormon wzrostu i kortyzol, ale nie glukagon, którego stężenie jest zwiększone także w śpiączce hipermolalnej, Jest też możliwe, że znaczna hiperglikemia działa antylipolitycznie i antyketogennie, powodując przenikanie niewielkich ilości glukozy do wnętrza komórek, co wystarcza na pokrycie podstawowych potrzeb energetycznych. Wytworzony przy tym w adypocytach glicerolo-3-fosforan zwiększa reestryfikację kwasów tłuszczowych i hamuje na tej drodze lipolizę. Stwierdzono także, że sam stan odwodnienia zmniejsza rozpad tłuszczu. Wreszcie jest prawdopodobne, że niewielkie ilości endogennej insuliny, jaka u tych chorych jest wytwarzana i wydzielana do krwi układu żyły wrotnej, wystarczają w wątrobie dla uzyskania efektu antyketogennego, ale nie dla zahamowania glukoneogenezy, zaś w tkankach pozawątrobowych wystarczają dla zahamowania lipolizy, ale nie dla pobudzenia zużytkowania glukozy. Za znaczeniem endogennej insuliny w ograniczeniu lipolizy i ketogenezy przemawiają obserwacje chorych z cukrzycą typu 1, spośród których osoby w zachowanym resztkowym wydzielaniem insuliny rzadziej zapadają na śpiączką ketonową niż osoby zupełnie pozbawione komórek B w wyspach trzustkowych. Następstwem hiperglikemii jest znaczne zwiększenie molalności osocza (płynu pozakomórkowego), która z reguły przekracza 350 mmol/kg HaO; glikemia może nawet stanowić do 30% całkowitej molalności osocza (prawidłowo tylko około 2%). Wzrost molalności płynu zewnątrzkomórkowego powoduje przepływ wody z komórek do przestrzeni zewnątrzkomórkowej i wydalenie z moczem. Ostatecznym rezultatem jest więc odwodnienie zewnątrz- i wewnątrzkomórkowe. Przeciętna utrata wody w śpiączce hipermolalnej wynosi około 25%, jest nieco większa, jeżeli chodzi o płyn zewnątrzkomórkowy, i nieznacznie mniejsza w komórkach. Utrata wody pociąga za sobą utratę elektrolitów, jest jednak ona przeciętnie 2 razy mniejsza niż utrata wody, stąd też we krwi często stwierdza się hipernatremię. Z wielkością hipermolalności osocza wyraźnie korelują zaburzenia świadomości; u chorych, u których przekracza ona 380 mmol/kg H2O z reguły stwierdza się głęboką śpiączkę. Zaburzenia te są prawdopodobnie następstwem de- hydratacji komórek mózgowych, których mechanizmy ochronne („samorodne” cząsteczki osmotycznie czynne) zawodzą przy tak dużych stężeniach glukozy w przestrzeni otaczającej te komórki. Hiperglikemia powoduje przemieszczenie wody z płynu mózgowo-rdzeniowego przestrzeni podpajęczynówkowej do osocza, co powoduje wzrost stężenia innych składników tego płynu. Przed podjęciem leczenia u chorych będących w stanie śpiączki hipermolalnej wartość molalności płynu mózgowo-rdzeniowego jest tego samego rzędu co molalności osocza, jednak w porównaniu z tą ostatnią w większym stopniu zależy od elektrolitów niż od glukozy. Być może te zmiany w składzie płynu mózgowo-rdzeniowego przyczyniają się również do wystąpienia zaburzeń ze strony ośrodkowego układu nerwowego. Zmniejszenie objętości płynu zewnątrzkomórkowego (objętości osocza) pogarsza czynność nerek i w śpiączce hipermolalnej częstym zjawiskiem jest retencja związków azotowych we krwi, do czego przyczynia się także rozpad odwodnionych (skurczonych) komórek. Można przypuszczać, że pewne ograniczenie funkcji tego narządu (co u ludzi starych jest zjawiskiem nader częstym) jest niezbędne dla wystąpienia śpiączki tego typu, albowiem zdrowe nerki są w stanie wydalić w krótkim czasie dużą ilość glukozy. Hipowolemia jest przyczyną obniżenia ciśnienia krwi, zmniejszenia przepływu we wszystkich narządach i częstej w tym zespole zapaści.