Eine gefürchtete Komplikation in der frühen Phase einer tiefen Beinvenenthrombose ist die Lungenembolie. Wenn sich Teile des Blutgerinnsels lösen, können diese mit dem Blut über das Herz in den Lungenkreislauf gelangen und dort kleine Blutgefäße verstopfen. Dies führt zu einer Störung des Sauerstoffaustausches und der Druckverhältnisse im Blutkreislauf. Die roten Blutkörperchen nehmen weniger Sauerstoff auf und es kann zu Atemnot und Herzrasen kommen. Sind durch das Blutgerinnsel besonders große Gebiete der Lunge betroffen, können lebensbedrohliche Situationen entstehen. Ein Patient mit einer Lungenembolie muss intensivmedizinisch betreut werden. Man behandelt mit gerinnungshemmenden Medikamenten und kann ggf. versuchen, den Gefäßverschluss mit Medikamenten aufzulösen (Lysetherapie).
Eine häufige Komplikation in der späten Phase der Thrombose ist das postthrombotische Syndrom: Eine Thrombose führt nicht immer zu einem dauerhaften Venenverschluss. Zum einen sind Teilverschlüsse möglich, zum anderen werden viele betroffene Venen in der Abheilungsphase wieder eingeschränkt durchgängig. Fast immer kommt es dabei jedoch zur Zerstörung der Venenklappen im betroffenen Venenabschnitt. Dies behindert den Rücktransport des Blutes langfristig. In der Folge können nach Jahren die typischen Symptome der chronischen Beinvenenschwäche und eventuell sogar ein offenes Bein (Ulcus cruris) entstehen.