当病毒进入血液循环即发生短暂的病毒血症，能否发病则取决于病毒的毒力、数量和人抵抗力的强弱。如病毒通过血脑屏障进入中枢神经系统，在神经细胞内繁殖即引起脑炎。乙脑病毒可侵犯整个中枢神经系统以大脑、中脑、丘脑的病变较重；其次是小脑皮质、延髓和脑桥；脊髓的病变通常较轻。可见软脑膜充血、脑回变宽、变平，脑沟变窄；灰质和白质中的血管高度充血和水肿、可发生颅内压增高。病变进一步加重使脑组织缺血、缺氧、水肿和坏死，发生脑血管微循环障碍。脑膜血管也有充血和水肿，但较脑实质轻。