流行性乙型脑炎主要病变涉及多个部位，其中枢神经系统是主要受累区域。病变范围较广，可累及大脑皮质、基底核、视丘等部位，其中脑实质病变以大脑皮质、间脑和中脑最为严重。
中枢神经系统的病理改变
神经细胞病变： 可见神经细胞变性、肿胀、坏死，表现为细胞固缩、核溶解、细胞周围出现空晕等。例如，在大脑皮质的锥体细胞、海马回的锥体细胞等部位较为明显。软化灶形成： 是流行性乙型脑炎的特征性病变之一。镜下可见局灶性神经组织的坏死、液化，形成镂空筛网状软化灶，这种软化灶可分布在大脑皮质、基底核、脑桥等部位。
脑血管改变
血管扩张充血： 脑内血管明显扩张，充满血液，血管周围间隙增宽。病变严重时，可出现血管周围淋巴细胞和单核细胞浸润，形成袖套状浸润，多围绕在血管周围，常见于大脑皮质、脑干、小脑等区域的血管周围。血管通透性增加： 由于血管内皮细胞受损，导致血管通透性增高，可引起脑水肿。严重的脑水肿可导致颅内压升高，甚至形成脑疝，危及生命。
胶质细胞反应
胶质细胞增生： 小胶质细胞呈弥漫性或局灶性增生，形成小胶质细胞结节。这些结节多位于小血管旁或坏死的神经细胞附近。此外，星形胶质细胞也可呈反应性增生。炎症细胞浸润： 脑实质内有淋巴细胞、单核细胞和浆细胞浸润，主要围绕在血管周围，形成袖套状浸润，这是炎症反应的一种表现，反映了机体对乙型脑炎病毒感染的免疫应答。