脑梗死的病理分期分五期。1-6小时为超早期;6-24小时为急性期;24-48小时为坏死期;3天至三周为软化期;3-4周为恢复期。
超早期时，病变脑组织变化不明显，可以见到神经细胞、星形胶质细胞、血管内皮细胞的肿胀，线粒体肿胀空化。此期存在缺血半暗带尚有大量存活神经元，是脑梗死溶栓时间窗。
急性期，脑组织苍白、轻度肿胀，神经细胞、胶质细胞、内皮细胞呈明显缺血改变。坏死期，大量的神经细胞脱失，胶质细胞坏死，脑组织明显水肿。
软化期，梗死区液化成蜂窝状囊腔。恢复期，液化坏死的脑组织被格子细胞清除，小病灶形成胶质瘢痕，大病灶液化形成中风囊。