放射性腦脊髓損傷主要是輻射通過直接損傷、血管破壞、自身免疫及自由基損傷等機制引起神經組織破壞及炎癥反應,導致血-腦屏障改變而產生腦水腫和顱內壓增高。神經組織對于放射損害的抵抗相對較強。腦或脊髓的放射性壞死多數是由于放射性血管病--血管壁增厚和血栓形成,繼發缺血性或出血性壞死。早期延緩性放射性脊髓病為脫髓鞘性變和少支膠質細胞增生。晚期延緩性顱神經與周圍神經放射病為神經纖維變性與神經叢缺血。