腦脊液外觀渾濁或稀米湯樣,壓力增高,腦脊液中細菌數增高,尤其未經治療的化膿性腦膜炎腦脊液的細胞數可在一百到一千乘以十的六次方每升。疾病初期80%以上為多形核白細胞,以后淋巴細胞逐漸增多。腦脊液中蛋白含量,化膿性腦膜炎時腦脊液蛋白含量增高達5.5mmol/L以上,定性實驗多為強陽性。
如果腦脊液蛋白極度增高,則提示蛛網膜下腔有阻塞的可能,腦脊液糖含量一般降低至2.2mmol/L以下。腦脊液葡萄糖含量正常也不能夠排除化膿性腦膜炎,多數腦脊液中有大量細菌,腦脊液離心沉渣涂片革蘭染色70%到80%的病例可發現病原菌,腦脊液培養有80%到90%的患者可以查明病原菌。