Gallensteine entstehen durch ein Ungleichgewicht in der Zusammensetzung der Gallenflüssigkeit, das zur Bildung von Kristallen führt. Diese Kristalle können sich zusammenlagern und zum sogenannten Gallengrieß und später zu Millimeter bis mehrere Zentimeter großen Gallensteinen verklumpen.
Die in der Leber produzierte Gallenflüssigkeit spielt eine wichtige Rolle bei der Fettverdauung. Überdies scheidet die Leber auf diesem Weg Cholesterin, den beim Abbau der roten Blutzellen entstehenden Farbstoff Bilirubin sowie Schwermetalle, Medikamente und ihre Stoffwechselprodukte aus. Die Gallenflüssigkeit fließt über den Gallengang in die Gallenblase, wird dort eingedickt, zwischengespeichert und schließlich in den Dünndarm abgegeben, wenn fettreiche Mahlzeiten verdaut werden müssen. Damit die hoch konzentrierte Gallenflüssigkeit flüssig bleibt, muss ihre Zusammensetzung genau abgestimmt sein. Ist das nicht der Fall, weil etwa der Anteil von Bilirubin oder Cholesterin erhöht ist, werden Kristalle aus der Flüssigkeit abgeschieden, die in der Folge zu Gallensteinen verklumpen können. Nach der Zusammensetzung der Steine werden Cholesterinsteine und Bilirubinsteine unterschieden. In Deutschland werden zu 90 Prozent Cholesterinsteine diagnostiziert.
Beschwerden entstehen, wenn die Gallensteine die Wände der Gallengänge reizen beziehungsweise den Fluss der Gallenflüssigkeit blockieren.