Patofisiologi prolaps tali pusat adalah karena kegagalan fetus engaged di pelvis, sehingga terdapat ruang kosong yang mengakibatkan tali pusat turun melewati fetus ketika ketuban pecah. Kantong amnion memiliki tekanan yang lebih besar daripada lingkungan luar, sehingga ketika ketuban pecah, cairan terdorong keluar oleh gravitasi. Oleh karena itu, tindakan amniotomi tidak boleh dilakukan ketika bagian terbawah fetus belum melekat pada pelvis.[2,5]

Tali pusat yang prolaps akan tertekan antara fetus dengan dinding pelvis atau serviks, yang menyebabkan kompresi arteri umbilikal. Selain itu, akan terjadi pula vasospasme pada arteri umbilikal karena temperatur yang rendah di vagina. Oleh karena 50% sirkulasi fetus berasal dari arteri umbilikal, maka prolaps tali pusat akan mengakibatkan perubahan pada kardiovaskular fetus, bahkan asfiksia total akut yang ditandai denyut jantung fetus berkurang atau bradikardia. Kegagalan mekanisme autoregulasi otak juga menyebabkan hipotensi dan bradikardi pada fetus, sehingga aliran darah ke otak berkurang dan dapat menyebabkan manifestasi neurologi jangka panjang. Hal ini menunjukkan bahwa prolaps tali pusat merupakan “all or none event” untuk janin.[1,5]