25-羟维生素D3偏低会造成维生素D缺乏性的佝偻病。
长期严重维生素D缺乏，造成肠道吸收钙、磷减少和低血钙的症状，以致甲状旁腺功能代偿性亢进，甲状旁腺激素分泌增加，动员骨钙释放入血，使血清钙浓度维持在正常或接近正常的水平。但甲状旁腺激素同时也抑制肾小管吸收磷，继发机体严重的缺钙，导致钙磷代谢失调，进而引起低血磷的表现。
钙化管排列紊乱，使长骨干骺端失去正常的形态，形成参差不齐的扩大，钙化带消失，骨基质不能正常地矿化。成骨细胞代偿增生，碱性磷酸酶分泌增加，骨样组织堆积于干骺端，骺端增厚，向两侧膨出，形成肋骨串珠、手足环、骨膜下矿化不全，成骨异常。骨皮质被骨样组织替代，骨膜增厚，骨质疏松，颅骨骨化障碍而形成颅骨软化，出现方颅等佝偻病的症状。