急性放射性脑病主要是辐射引起组织炎性反应导致血-脑屏障改变而产生脑水肿和颅内压增高。神经组织对于放射损害的抵抗相对较强。脑或脊髓的放射性坏死多数是由于放射性血管病。血管壁增厚和血栓形成，继发缺血性或出血性坏死。早期延缓性放射性脊髓病为脱髓鞘性变和少支胶质细胞增生。晚期延缓性颅神经与周围神经放射病为神经纤维变性与神经丛缺血。