Spadek objętości osocza służy podwyższeniu stężenia sodu i tym samym osmolalności krwi.
Szybki rozwój hiponatremii (ostra, trwająca ponad 48 godzin) prowadzi do wyrównawczego przemieszczenia wody z przestrzeni zewnątrzkomórkowej do wnętrza komórek, które w tej sytuacji są względem osocza hiperosmolalne. Objętość komórek wzrasta, co w przypadku mózgu może doprowadzić do jego obrzęku i objawów ciasnoty śródczaszkowej. Przewlekły postęp hiponatremii prowadzi do uruchomienia mechanizmów adaptacyjnych. Dochodzi do wzrostu aktywnego wydzielania do przestrzeni zewnątrzkomórkowej substancji osmotycznie czynnych (w tym kationów sodu i potasu oraz anionów chlorkowych, glutaminianowych, asparaginianowych i mioinozytolowych). Prowadzi to do zmniejszenia przezbłonowego gradientu osmotycznego i przeciwdziała obrzękowi i uszkodzeniu komórek.
W tej sytuacji gwałtowne wyrównanie poziomu natremii płynami o dużym stężeniu sodu może doprowadzić do nagłego wzrostu osmolarności osocza i spowodować szybką ucieczkę wody z komórek dostosowanych do niskiego stężenia osmolitów w płynie zewnątrzkomórkowym.