流脑的基本病变是血管内皮损害，小血管和毛细血管内皮肿胀、坏死和出血，中性粒细胞浸润，有的血管内血栓形成。暴发型败血症休克型皮肤及内脏血管损害更为严重和广泛，皮肤、心、肺、胃肠道及肾上腺均有广泛出血。

病变以软脑膜为主，主要在大脑两半球表面及颅底，所以可出现视神经、展神经、动眼神经、面神经、听神经等脑神经的损害甚至为永久性的。