La fibrosi cistica, che deve il nome alle tipiche alterazioni istologiche, è caratterizzata da una diffusa alterazione delle ghiandole esocrine e delle relative secrezioni, a causa di mutazioni del gene che codifica per una proteina denominata Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator (CFTR), che regola la secrezione di cloro, sodio e bicarbonati. Tutte le secrezioni esocrine sono dense e vischiose. L'apparato più costantemente e gravemente colpito è quello respiratorio, a causa dell'alterazione della clearance muco-ciliare; il blocco delle secrezioni esterne del pancreas determina una insufficienza digestiva cronica presente nell'80% dei casi, mentre l'interessamento delle vie biliari, clinicamente rilevante nel 20% dei pazienti, porta a fibrosi biliare e cirrosi. I maschi sono quasi sempre sterili per fibrosi e atrofia dei deferenti, le femmine lo sono spesso per ostruzione del canale cervicale da muco denso.

La malattia può manifestarsi nel 20%~ dei casi fin dalla nascita con una sindrome da occlusione intestinale dovuta alla particolare densità del meconio ("ileo da meconio"). La sintomatologia respiratoria inizia in genere entro i 2 anni, ed evolve con manifestazioni flogistiche acute ricorrenti, dovute per lo più a stafilococchi, emofili, batteri gramnegativi, in seguito principalmente a Pseudomonas aeruginosa, intervallate da periodi di relativo miglioramento, ma sempre con esito in fibrosi polmonare, enfisema e insufficienza respiratoria. L'insufficienza pancreatica è causa di malassorbimento e di perdita di peso. La malattia è diagnosticabile nel neonato mediante il dosaggio della tripsina nel sangue, più tardi attraverso il test del sudore (il sudore provocato mediante l'applicazione locale di pilocarpina contiene un eccesso di cloruri: in proposito si può ricordare che in antichi testi medici orientali ricorre l'aforisma "sfortunato il bambino che baciato sa di sale").

Il gene CF è stato isolato nel 1989 e consta di 250.000 coppie di basi, divise in 27 esoni. La proteina CFTR, identificata nel 1990, è costituita da 1.480 aminoacidi. Del gene CF si conoscono oltre 600 mutazioni, la più comune delle quali è la delezione di una intera tripletta CTT, che causa la perdita di una fenilalanina nella posizione 508 della proteina CFTR. Mediante test genetici oggi è possibile identificare, tra i consanguinei dei malati, gli eterozigoti asintomatici, almeno per le 70 mutazioni più frequenti che interessano oltre il 90% dei casi. Anche questa malattia, per la sua frequenza e la sua gravità (meno della metà degli individui affetti sopravvivono fino a 30 anni), e al tempo stesso per la possibilità di migliorare la qualità di vita di questi pazienti con opportuni interventi terapeutici sintomatici, è oggi considerata malattia di grande rilevanza sociale.