病毒從咽部或腸道侵入，在局部黏膜或淋巴組織中繁殖，并由局部排出，此時可引起局部癥狀。繼而病毒又侵入局部淋巴結，并由此進入血液循環導致第一次病毒血癥。病毒經血循環侵入網狀內皮組織、深層淋巴結、肝、脾、骨髓等處大量繁殖并由此進入血液循環，引起第二次病毒血癥。病毒可隨血流進入全身各器官，如中樞神經系統、皮膚黏膜、心臟等處，進一步繁殖并引起病變。
易感者感染EV71后，出現血管變態反應和組織炎癥病變。當病毒累及中樞神經系統時，組織炎癥較神經毒性作用更加強烈，中樞神經系統小血管內皮最易受到損害。細胞融合、血管炎性變、血栓形成可導致缺血和梗死。在脊髓索、腦干、間腦、大腦和小腦的局部組織中，除嗜神經性作用外，還存在廣泛的血管周圍和實質細胞炎癥。