脂質過氧化是鐵死亡的核心驅動因素，因此，鐵死亡細胞的形態變化主要出現在細胞富含脂質的生物膜上以及細胞中維持氧化還原平衡的線粒體中。其顯著特征表現為質膜完整性喪失、細胞膜破裂、線粒體萎-縮、線粒體外膜破裂、嵴減少或缺失和膜密度增加[15]。

鐵死亡與鐵積累和脂質過氧化密切相關。其典型重要標志之一即為脂質過氧化物水平的升高，脂質過氧化的產物包括最初產生的磷脂氫過氧化物（PLOOHs）和隨后產生的丙二醛（MDA）和 4 - 羥基壬烯醛（4-HNE），這些代謝物在損傷細胞膜結構及功能中起關鍵作用。 

此外，過量的亞鐵離子（Fe2+）可以產生過量活性氧（ROS），導致脂質過氧化，誘導鐵死亡。同時，GSH 水平顯著下降，導致細胞抗氧化能力減弱，進而加劇脂質過氧化物的積累，并誘導鐵死亡。

鐵死亡受到多種機制調控，主要分為過氧化代謝部分（如鐵代謝途徑和脂代謝途徑） 和抗氧化部分 （如 System xc--GSH-GPX4 途徑，AIFM2-CoQ10, GCH1-BH4, ESCRT-III 膜修復系統和 DHODH 途徑）。

鐵死亡發生時，會出現多種促氧化通路相關蛋白表達上調和抗氧化通路相關蛋白失調的情況。例如，GPX4 含量和活性下降，SLC7A11 下調；轉鐵蛋白受體（TFRC）表達上調以增加鐵的攝取，ACSL4 表達增加來增強多不飽和脂肪酸（PUFA) 含量等。可通過 Western blot、免疫熒光、免疫組織化學，以及實時熒光定量 PCR 等技術來檢測。