病理機制
目前的證據表明ADEM是自身T細胞激活導致針對髓鞘或其它自身抗原的一過性自身免疫反應。具體有可能與以下機制相關：一是分子模擬假說，病前常有病毒感染和疫苗接種支持這一理論，分子模擬假說認為病原和宿主結構的部分相似誘導T細胞激活，但不足以使其耐受；動物試驗發現給健康動物注射髓鞘蛋白成分可誘發急性、慢性或復發緩解型的腦脊髓炎(EAE)。二是中樞感染作為觸發因素的假說，中樞神經系統感染后繼發自身免疫反應，感染造成血腦屏障破壞，導致中樞相關的自身抗原釋放入血，經淋巴器官加工處理，打破T細胞的耐受，導致針對中樞的變態反應。三是細胞因子的影響，在ADEM患者的腦脊液中發現IL-4、IL-10、TNF-α升高，外周血中髓鞘反應性T細胞數比正常人增高十倍以上，產生IFN -γ的CD3+的T細胞數量增加，而產生IL-17的CD4+的T細胞數并不升高，后者在MS患者中可顯著升高。四是抗體的作用，在ADEM患者血清中可檢測到髓鞘堿性蛋白（MBP）抗體和髓鞘少突膠質細胞糖蛋白(MOG)抗體，后者在兒童更多見，經治療后MOG抗體多消失，若持續存在，患者最終多轉變為MS。
臨床表現
ADEM多發生在病毒感染后的2天到4周，少數發生在疫苗接種后，部分患者病前無誘因。臨床上患者表現為多灶性神經功能異常，提示中樞神經系統廣泛受累，可出現單側或雙側錐體束征（60-95%），急性偏癱（76%），共濟失調（18-65%），顱神經麻痹（22-45%），視神經炎（7-23%），癲癇（13-35%），脊髓受累（24%），偏身感覺障礙（2-3%），言語障礙（5-21%），并且多伴有意識障礙；發熱和腦膜刺激征亦常見，繼發于腦干損害或意識障礙的呼吸衰竭發生率為11-16%。另外，ADEM較其它中樞神經系統脫髓鞘病更容易出現周圍神經病，在成人患者較突出，一項研究發現約有43.6%的ADEM伴有周圍神經病。在IPMMSG的定義中要求患者必須有腦病的表現，即精神異常、認知障礙或意識障礙，以往的研究總結腦病的發生率為42-83%，新定義可能會導致一部分漏診，但卻容易排除那些容易轉變為多發性硬化的患者。急性出血性白質腦炎(Acute hemorrhagic leukoencephalitis)，也稱為Weston-Hurst病，是ADEM的超急性變異型，表現為急性、快速進展的、暴發性炎性出血性白質脫髓鞘，多在1周內死于腦水腫，或遺留嚴重后遺癥。