當人體抗體病能力強時，病毒即被消滅。如人體抵抗力降低，而”感染”病毒量大，毒力強時，病毒經血循環可突破血腦屏障侵入中樞神經系統，並在神經細胞內復制增殖，導致中樞神經系統廣泛病變。
不同的神經細胞對病毒感受不同，以及腦組織在高度炎症時引起的缺氧、缺血、”營養障礙”等，造成中樞病變部位不平衡，如腦膜病變較輕，腦實質病變較重；間腦、中腦病變重，脊髓病變輕。注射”百日咳”菌苗或患”腦囊蟲病”者乙腦發病率明顯高，可能系血腦屏障被破壞之故。 病變廣泛存在於大腦及脊髓，但主要位於腦部，且一般以間腦、中腦等處病變為著。肉眼觀察可見軟腦膜大小血管高度擴張與”充血”，腦的切面上可見灰質與白質中的血管高度充血、”水腫”，有時見粟粒或米粒大小的軟化壞死灶。顯微鏡下可見：
血管病變
腦內血管擴張、充血、小血管內皮細胞腫脹、壞死、脫落。血管周圍環狀”出血”，重者有小動脈血栓形成及纖維蛋白沉著。血管周圍有淋巴細胞和單核細胞浸潤，可形成“血管套”。
神經細胞變性、腫脹與壞死
神經細胞變性，胞核溶解，細胞漿虎斑消失，重者呈大小不等點、片狀神經細胞溶解壞死形成軟化灶。壞死細胞周圍常有小膠質細胞圍繞並有中性粒細胞浸潤形成噬神經細胞現象（neuronophagia）。腦實質腫脹。軟化灶形成後可發生鈣化或形成空洞。
