許多化膿菌都能引起本病。但2/3以上患兒是由腦膜炎球菌、肺炎鏈球菌和流感嗜血桿菌三種細菌引起。2個月以下幼嬰和新生兒、以及原發或繼發性免疫缺陷病者，易發生腸道革蘭陰性桿菌和金黃色葡萄球菌腦膜炎，前者以大腸桿菌最多見，其次如變形桿菌、綠膿桿菌或產氣桿菌等。然而，與國外不同，我國較少發生B組β溶血性鏈球菌顱內感染。致病菌可通過多種途徑侵入腦膜：
1.最常見的途徑是通過血流，即菌血癥抵達腦膜微血管。當小兒免疫防御功能降低時，細菌穿過血腦屏障到達腦膜。致病菌大多由上呼吸道入侵血流，新生兒的皮膚、胃腸道黏膜或臍部也常是感染的侵入門戶。
2.鄰近組織器官感染，如中耳炎、乳突炎等，擴散波及腦膜。
3.與顱腔存在直接通道，如顱骨骨折、皮膚竇道或腦脊髓膜膨出，細菌可因此直接進入蛛網膜下腔。