腦梗死的病理過程實質上是在動脈粥樣硬化基礎上發生的局部腦組織缺血壞死過程。在腦動脈閉塞的早期,腦組織改變不明顯,肉眼可見的變化是在數小時后腦梗死的缺血中心區發生腫脹、軟化、灰質白質分界不清。大面積腦梗死時,腦組織高度腫脹,可向對側移位,形成腦疝。鏡下可見神經元出現急性缺血性改變,膠質細胞破壞,神經軸突和髓鞘崩解,小血管壞死,周圍有紅細胞滲出及組織間液的積聚。
在發病4-5天后腦水腫達高峰,7-14天梗死區液化呈蜂窩狀囊腔,3-4周小的梗死灶可被肉芽組織取代,形成角質瘢痕;大的梗死灶中央區液化成囊腔,變成中風囊。