在结核性脑膜炎发病时软脑膜可以出现弥漫的充血、水肿、和炎性渗出,并且形成许多结核结节。若膜下腔大量炎性渗出物积聚,容易导致脑脊髓增大,脑底血管神经周围的毛细血管吸附作用等,脂炎性渗出物容易在脑底曲池聚集,渗出物中可见上皮样细胞,朗格汉斯细胞以及干脑坏死。
很多患者还会出现脑神经损害,这是由于胶液胶原蛋白波及脑神经鞘包围挤压引起脑神经损害,常见面神经、舌下神经、动眼神经、神经障碍的临床症状。另外还包括脑部血管病变,在早期主要为急性动脉炎,病程较长者增生性结核病变较明显,可见栓塞性动脉内膜炎,严重者可引起脑组织梗死、缺血、软化而至偏瘫。