可引起腦實質廣泛病變，以大腦皮質、腦干及基底核的病變最為明顯；腦橋、小腦和延髓次之，脊髓病變最輕。其基本病變為：①血管內皮細胞損害，可見腦膜與腦實質小血管擴張、充血、出血及血栓形成，血管周圍套式細胞浸潤；②神經細胞變性壞死，液化溶解后形成大小不等的篩狀軟化灶；③局部膠質細胞增生，形成膠質小結。部分患者腦水腫嚴重，顱內壓升高或進一步導致腦疝。
鏡下主要表現為變質性炎，包括以下改變：
(1) 神經細胞變性壞死：若在變性壞死的神經細胞周圍有增生的少突膠質細圍繞時，稱神經細胞衛星現象；若小膠質細胞和中性粒細胞侵入變性壞死的神經細胞內，則稱為噬神經細胞現象。
(2) 軟化灶形成：神經組織發生局灶性壞死液化、形成質地疏松、染色較淡的篩網狀病灶，稱為篩狀軟化灶。
(3) 腦血管改變 ：血管擴張充血，管周間隙增寬，常伴有淋巴細胞為主的炎細胞圍繞血管呈袖套狀浸潤。
(4)膠質細胞增生：增生的小膠質細胞若聚集成群而形成結節，稱膠質細胞結節。肉眼見腦膜血管擴張充血，腦實質充血、水腫，嚴重者可見點狀出血和粟粒大小的軟化灶。
本病早期有高熱，全身不適等癥狀，系由病毒血癥所致。由于腦實質炎性損害和神經細胞廣泛變性、壞死，病人出現嗜睡、昏迷。當腦內運動神經細胞受損嚴重時，可出現肌張力增強，腱反射亢進，抽搐、痙攣等上運動神經元損害的表現。橋腦和延髓的運動神經細胞受損嚴重時，出現延髓性麻痹，病人吞咽困難，甚至發生呼吸、循環衰竭。由于腦實質血管高度擴張充血，血管壁通透性增加，而發生腦水腫，顱內壓升高，出現頭痛、嘔吐。嚴重的顱內壓增高可引起腦疝（brain hernia）常見的有小腦扁桃體疝和海馬溝回疝。小腦扁桃體疝時，由于延髓的呼吸和心血管中樞受擠壓，可引起呼吸，循環衰竭，甚至死亡。由于腦膜有輕度的炎癥反應，臨床上也可出現腦膜刺激癥狀。