脑桥中央髓鞘溶解症具有特征性病理特点，脑桥基底部呈对称性分布的脱髓鞘改变，神经细胞和轴索相对完好，可见吞噬细胞和星形细胞反应，无炎性反应。病灶可从数毫米到几乎占据整个脑桥基底部，但在病灶与脑桥表面之间总有一圈正常髓鞘存在。背盖部也可受累，极少见的情况下可扩展至中脑，但从不涉及延髓。在脑桥有严重病变的病例中，有时可在丘脑、下丘脑、纹状体、内囊、深层皮质及相近的脑白质发现与脑桥病变相似，对称分布的脱髓鞘区，称之为脑桥外髓鞘溶解。