脑缺氧是本病的主要发病机制。其次是出血、血管栓塞、外伤、中毒或感染，缺氧可致发育中的脑髓鞘形成不全。在皮层及皮层下属脑血管的边缘地带，缺血后白质受损。由于损伤的部位不同，临床表现也不一样，皮层运动区白质及脑室周围白质受累可造成锥体束损伤，临床表现为痉挛型;胆红质增高(超过300mmol/L)时，就有可能发生核黄疸，引起基底核受损，表现为手足徐动型。早产儿(25耀36周)受损部位往往较深，足月儿多波及浅层皮质。
　　脑瘫的基本病理变化：出生前的脑损伤以脑发育不全为主;出生后以脑软化、瘢痕、硬化或脑萎缩、脑穿通等为主，未成熟儿可出现脑组织缺氧性坏死或白质软化。除脑萎缩或坏死外，还有脑水肿、脑出血等。核黄疸引起的后遗症，胆红质浸润部位最明显的是基底核，呈鲜亮黄色或深黄色，表现为黄疸症，导致大脑功能失常。
　　显微镜下皮层各类神经细胞数目减少，层次紊乱，变性，胶质细胞增生。
　　脑瘫的神经生理改变如下。
　　锥体系损害的影响：锥体束损害，引起随意运动障碍，出现失去上运动神经元抑制作用的功能释放症状。肌张力增高，为痉挛性硬瘫。因肌肉尚能接受脊髓前角发出的神经冲动，所以无营养障碍，肌肉不萎缩。深反射因失去上运动神经元控制而呈亢进状态，则出现病理反射。由于锥体系受累部位不同，可出现单瘫、双瘫、偏瘫和四肢瘫等。
　　锥体外系损伤的影响：从发生先后来说，纹状体分旧纹状体(苍白球、黑质)与新纹状体(尾状核与壳)两部分，统称为纹状体苍白球系统。该系统损伤主要表现为肌张力的增高或降低及运动状态异常，运动过多或过少。
　　(一)苍白球、黑质、红核(旧纹状体)损伤
　　1.肌张力增高 呈强直性(铅管样或齿轮样)，所有肌组织为均等性肌张力增高，面肌肌张力增高，表情呈呆滞，少有瞬目。语言肌肌张力增高，呈言语不清，声音小。颈肌肌张力增高，头前屈脊柱前伸。四肢肌张力增高，肩胛上提、上臂内收、肘、腕与膝部均屈曲、手指内收、拇指对掌、躯干前倾等，所以患儿动作减少，活动困难。
　　2.静止性震颤 其特点为身体固定某种姿势时震颤明显，随意运动暂时被抑制，精神紧张时加重，睡眠时消失。表现在手部呈点钞样或搓丸样动作。
　　(二)新纹状体(尾状核与壳)损伤
　　1.手足徐动 肌张力忽高忽低，变化无常，肌张力在痉挛时增强、肌松弛时降低，为间歇性、缓慢的、不规则的手足扭转运动。
　　2.舞蹈动作 颜面或肢体的近端突然出现迅速即变的无节律的多动称之为舞蹈，如眨眼、皱眉、吮唇、伸舌、做鬼脸、肢体舞动等，影响语言、发音吞咽动作及手的功能。
　　3.扭转痉挛 躯干徐动、行走时躯干扭转或呈螺旋形运动。
　　4.肌阵挛 发生在个别肌肉或肌群的短暂快速、大小不一、不规则的收缩，轻者不妨碍关节运动，严重时肢体阵挛。
　　小脑损伤的影响：从生理功能上看，小脑具有维持身体平衡(前庭脊髓束)，调整姿势反射(脊髓小脑束)，调整随意运动(皮质脑桥、小脑束)三大功能。小脑发生损害可发生：平衡障碍，表现为直立时摇晃不稳，步态蹒跚而倾斜，类似醉汉;共济失调，表现为意向性震颤运动时出现，静止时消失;快速动作不良;不能做内容复杂的精细动作，如穿针、系鞋带等;协调运动障碍，辨距不良，如步行时举足过高，抓物时摇摆不定等;眼球震颤、言语不清、书写障碍等。