在結構上表現為靜脈壁的彈力纖維減少或沒有，平滑肌薄或沒有，部分血管壁甚至只有單層或增生的內皮細胞和膠原纖維。靜脈壁更薄。這些特點是患者發生急性腦出血的病理生理基礎。
由於畸形血管團中動靜脈之間缺乏毛細血管，動脈血直接流入靜脈，血流阻力驟然減少，導致局部腦動脈壓下降、腦靜脈壓增高，並由此而引發一系列血流動力學紊亂，是腦動靜脈畸形出現腦出血的直接原因。
腦動靜脈畸形最常見也是最致命的一個表現就是顱內出血。在自發性腦出血病因中，腦動靜脈畸形僅次於腦動脈瘤，位居第二。患有先天性腦動靜脈畸形的病人每年有2%～4%的出血發生率。
腦血管畸形病人應嚴密觀察生命體征，注意有無顱內血腫、休克、腦水腫的發生，並作相應處理；對於術後繼續降低血壓以治療“正常灌注壓突破綜合征”者，更應有專人治療及護理，直至血壓恢復正常。
