本病病因不明，電鏡發現患者中樞神經系統血管壁細胞有病毒顆粒認為可能與病毒(巨細胞病毒、EB病毒、水痘-帶狀皰疹病毒、AIDS病毒)感染有關雖然在血管壁有直接免疫交互作用，但尚未獲得本病由免疫復合物介導的證據。
受累的血管壁常有淋巴細胞漿細胞和其他單核細胞浸潤但無嗜酸細胞浸潤。雖然血管中膜外膜或血管周圍結締組織中可見巨細胞，但不如顱外肉芽腫性動脈炎那樣多而廣泛病變通常僅累及顱內100-500μm直徑的小動脈特別是軟腦膜的動脈，偶爾累及頸內動脈和椎動脈顱外器官組織不受累受累血管狹窄或閉塞常導致腦內多數性小梗死灶偶轉為出血性腦梗死病變常局限于腦的一部分如小腦半球、一側額葉或對側頂葉等腦膜常有炎性細胞浸潤，臨床可出現腦膜炎綜合征有報告推測病原體在PACNS的發病中，可能通過3個不同的途徑發生作用：
①通過其直接的毒性影響或感染血管組織；
②通過免疫機制；
③通過上述兩方面的綜合作用。
但PACNS的血管損害的確切機制仍不甚清楚，并沒有直接證據支持免疫復合物的介導作用，推測可能是病原體直接影響血管組織或更可能是病毒-血管細胞間的相互作用使之自身結構發生改變，從而繼發免疫破壞臨床觀察免疫抑制治療可改善PACNS患者的癥狀與病程，也支持PACNS的發病可能是一種免疫刺激機制。 主要病理改變：不同的PACNS患者的病理改變有很大程度的差異。腦部的病理改變最多見是多發性的梗死灶或出血灶，偶爾可見到大面積的梗死灶或出血灶很少見到腦疝(鉤回或小腦扁桃體疝)的形成腦與脊髓的血管包括較大的顱內血管、頸內動脈及椎動脈均可受累但以軟腦膜上無名小血管最易受累動脈受累較明顯受累的血管出現節段性壞死或肉芽腫性血管炎血管呈明顯的炎癥反應主要累及血管的中層和外膜常見有淋巴細胞、單核細胞組織細胞及漿細胞的浸潤偶爾可見到巨細胞(Langhans巨細胞)為主的浸潤。很少見到動脈周圍的炎性反應及纖維壞死一般不出現多核巨細胞的浸潤。