感染的來源可因心、肺以及其他臟器感染波及到腦室和蛛網膜下腔系統，或由顱骨、椎骨或腦實質感染病灶直接蔓延引起，部分也可以通過顱骨、鼻竇或乳突骨折或神經外科手術侵入蛛網膜下腔引起感染，由腰椎穿刺引起者罕見。
不同病原菌引起化膿性腦膜炎的病理改變基本相同。致病細菌經血液循環侵入蛛網膜下腔後，由於腦脊液缺乏有效的免疫防禦，細菌大量繁殖，菌壁抗原成分及某些介導炎性反應的細胞因子刺激血管內皮細胞，促使中性粒細胞進入中樞神經系統，誘發一系列軟腦膜的炎性病理改變。
1) 軟腦膜及大腦淺表血管擴張充血，蛛網膜下腔大量膿性滲出物覆蓋腦表面，並沉積於腦溝及腦基底池
。2) 膿性滲出物的顏色與病原菌的種類有關，腦膜炎雙球菌及金黃色葡萄球菌呈灰黃色，肺炎鏈球菌為淡綠色，流感嗜血桿菌呈灰色，綠膿桿菌為草綠色。
3) 膿性滲出物阻塞蛛網膜顆粒或腦池，影響腦脊液的吸收和循環時，引起交通性或梗阻性腦積水。
4) 鏡下可見蛛網膜下腔大量多形核粒細胞及纖維蛋白滲出物，革蘭染色後細胞內外均可找到病原菌。鄰近軟腦膜的腦皮質輕度水腫，重者並發動脈炎、靜脈炎、或血栓形成。
