故障机理是指诱发零部件、设备系统发生故障的物理与化学过程、电学与机械学过程，也可以说是形成故障源的原因，故障机理还可以表述为设备的某种故障在达到表面化之前，其内部的演变过程及其因果原理。弄清发生故障的机理和原因，对判断故障，防止故障的再发生，有重要的意义。
故障的发生受空间、时间、设备（故障件）的内部和外界多方面因素的影响，有的是某一种因素起主导作用，有的是几种因素共同作用的结果。所以，研究故障发生的机理时，首先需要考察各种直接和间接影响故障产生的因素及其所起的作用。
①对象。指发生故障的对象本身，其内部状态与结构对故障的抑制与诱发作用，即内因的作用，如设备的功能、特性、强度、内部应力、内部缺陷、设计方法、安全系数、使用条件等。
②原因。能引起设备与系统发生故障的破坏因素，如动作应力（体重、电流、电压、辐射能等），环境应力（温度、湿度、放射线、日照等），人为的失误（设计、制造、装配、使用、操作、维修等的失误行为），以及时间的因素（环境等的时间变化、负荷周期、时间的劣化）等故障诱因。
③结果。输出的故障种类、异常状态、故障模式、故障状态等。
产生故障的共同点是：来自与工作条件、环境条件等因素作用于故障对象，当故障对象的能量积累超过某一界限时，设备或零部件就会发生故障，表现出各种不同的故障模式。
一般说来，故障模式反映着故障机理的差别。但是，即使故障模式相同，其故障机理不一定相同。同一故障机理，可能出现不同的故障模式。也就是说，纵然故障模式不同，也可能是同一机理派生的。因此，即使全面掌握了故障的现象，并不等于完全具备搞清故障发生原因和机理的条件。然而，搞清故障现象却总是分析故障发生机理和原因的必要前提。
图1-1故障分析的基本程序和方法
故障分析的基本程序和方法如图1-1所示。在故障分析的初期，要对故障实物（现场）和故障发生时的情况，进行详细的调查和鉴定，还要尽可能详细地从使用者和制造者那里收集有关故障的历史资料，通过对故障的外观检查鉴定，找出故障的特征，查出各种可能引起故障的影响因素。在判断阶段，要根据初步研究结果，提出需要进一步开展的研究工作，以缩小产生故障的可能原因的范围。在研究阶段，要用不同方法仔细的研究故障实物，测定材料参数，重新估算故障的负载。研究阶段应找出故障的类型及产生的原因，提出预防的措施。故障分析的常用研究方法见图1-2。
图1-2故障分析常用的研究方法
产生故障的主要原因大体有以下四个方面。
(1)设计错误
应力过高，应力集中，材料、配合、润滑方式选用不当，对使用条件，环境影响考虑不周。
(2)原材料缺陷
材料不符合技术条件，铸锻件缺陷，热处理变形，热处理缺陷等。
(3)制造缺陷
切削、压力加工和装配缺陷，热处理、焊接和电镀缺陷，混料，热应力，管理混乱等。
(4)运转缺陷
没有预料到的使用条件影响，已知使用条件发生变化未相应改变运行条件，过载，过热，腐蚀，润滑不良，漏电，操作失误，维护和修理不当等。
有的故障是上述一种原因造成的，有的是上述多种原因综合影响的结果，有的是上述一种原因起主导作用而另一种（或几种）原因起媒介作用等等。因此，判断何种因素对故障的产生起主要作用，是故障分析的主要内容。