病理：腦膜和（或）腦實質廣泛性充血、水腫、伴淋巴細胞和漿細胞浸潤。可見炎癥細胞在小血管周圍呈袖套樣分布，血管周期組織神經細胞變性、壞死和髓鞘崩解。病理改變大多彌漫分布，但有可在某些腦葉突出，呈相對局限傾向。單純皰疹病毒常引起顳葉為主的腦部病變。在有的腦炎患者，見到明顯脫髓鞘病理表現，但相關神經元和軸突卻相對完好，此種病理特征，代表病毒感染激發的機體免疫應答，提示“感染后”或“過敏性”腦炎的病理學特點。
發病機理：病毒各自經腸道（如腸道病毒）或呼吸道（如腺病毒和出疹性疾病）進入淋巴系統繁殖，然后經血流（蟲媒病毒直接進入血流）感染顱外某些臟器，此時患者可有發熱等全身癥狀。若病毒在定居臟器內進一步繁殖，即可能入侵腦或腦膜組織，出現中樞神經系統癥狀，因此，顱內急性病毒感染的病理改變主要是大量病毒對腦組織的直接入侵和破壞，然而，若宿主對病毒抗原發生強烈免疫反應，進一步導致脫髓鞘、血管與血管周圍腦組織損害。