病变通常广泛累及整个中枢神经系统灰质，以及大脑皮质、基底核、视丘最重，小脑皮质、延髓及脑桥次之，脊髓病变最轻，常仅限于颈段。
部位：可及整个脑灰质，其中大脑皮质、基底核、视丘最重；脊髓最轻。
肉眼：脑膜充血，水肿，脑回宽，脑沟窄，切面可见粟粒大小半透明软化灶。
光镜：①血管变化和炎症反应：脑实质内扩张充血，血管周围间隙增宽。炎细胞围绕血管周围间隙形成血管套现象，渗出的炎细胞以淋巴细胞、单核细胞、浆细胞为主，仅在早期可有少数中性粒细胞。脑组织水肿，有时可见环状出血。
②神经细胞变性、坏死：病毒在神经细胞内繁殖，导致细胞损伤，表现为细胞肿胀，尼氏体消失，胞浆可见空泡，核偏位，可见卫星现象和噬神经细胞现象。
③软化灶形成：灶性神经组织形成坏死、液化形成筛网状软化灶。病灶呈圆形或卵圆形，散在分布边界较清湖。
④胶质细胞增生：小胶质细胞增生明显，形成胶质细胞结节。多位于小血管旁或坏死的神经细胞附近。少突胶质细胞和星形胶质细胞也可增生。
