神經系統具有複雜的調節興奮和抑制過程的結構， 通過回饋式週期性活動， 使任何一組神經元的放電頻率不會過度， 也不會過度地影響其它部位， 能維持神經細胞膜的電位相對穩定。 一個正常的大腦皮質錐體細胞的放電頻率一般保持在1-10Hz之間。 然而在癲癇發作時神經元的放電頻率可達數百乃至千赫茲， 這種高頻率的放電是怎麼產生的呢？經大量研究， 認為癇性活動的產生是多因素造成的， 如結構、電位、生化和免疫改變。
電位改變
用微電極描記腦細胞內的電活動， 可以發現各種癲癇灶的神經元在發作間期可出現一種特殊電現象，
1、PDS和神經活動爆發是Ca2+依賴內向電流的表達。
2、細胞內外離子濃度的變化， 如降低鉀電導， 增加鈣電導， 可降低靜息膜電位的穩定性。
3、神經遞質及其受體和突觸傳遞的變化， 如γ－氨基丁胺（GABA）介導的抑制作用減弱等。 總起來說PDS是致癇活動的主要現象， 是神經元受到重複突觸激動， 特別是激動NMDA受體造成的。 實驗性研究表明有三種因素作用， 是一群神經元致癇；
1、在新皮質和海馬， 神經元具有正常爆發放電的能力， 可能作為起步點發動癇樣活動， 因此改變神經元膜的興奮活動過程， 使原來正常的神經元具有癲癇形成的能力。
2、在某些藥物性由於喪失抑制性控制機制而導致癲癇形成， 皮質損傷是否選擇影響抑制機制還有待證明， 不過正常腦在重複刺激下確實發生抑制過程的削弱。
3、另一重要因素是通過突觸性和非突觸性影響而發生強同步化。
生化改變
幾種情況常涉及到四種神經生化因數。
1、它們可導致興奮性氨基酸（如谷氨酸和甘氨酸）從細胞內向細胞外液釋放增加。
2、伴有因配體與其細胞受體相互反應或去機化引起的鈣離子向細胞內流。
3、引起伴有游離脂肪酸沉積的脂類分解。
4、伴發由鈣離子觸發的如蛋白分解和蛋白磷酸化等過程。 這些因素構成了導致細胞的壞死。 鈣離子水準失衡在癲癇發病機制中是最重要的因素之一。 癇灶放電時腦組織的生化改變非常明顯， 癲癇活動對大腦是最大的代謝負擔。 巨大數量的神經元細胞膜發生快遺， 反復的去極化是一個耗能的過程。 腦的氧化代謝率成倍增加， 對氧和葡萄糖的需要大大增高， 細胞內鉀的大量丟失， 細胞外Na+內流， 神經介質大量釋放， 磷酸腺苷生成加多等各種生化改變。 與癲癇有關的神經生化變化：
1、是腦內生化改變引起癲癇發作，
2、是由於癲癇發作引起生化改變並造成中樞神經損傷。 前者是原發性改變， 後者為繼發性改變。
