腦膜梅毒患者的腦及脊髓蛛網膜下腔有大量滲出物, 在腦基底部(腳間池及視交叉池)常有滲出物沉澱, 故腦神經常受損害。 若第四腦室的中間孔及外側孔受阻, 或間池、視交叉池及環池受阻, 可引起腦室對稱性擴大, 呈現腦積水病變。 樹膠樣腫極為少見。 顯微鏡檢查可見蛛網膜下腔的滲出物以淋巴細胞及漿細胞為主。 腦及脊髓的邊緣也可有單核細胞浸潤及膠質細胞增生, 血管周圍有單核細胞浸潤。
血管梅毒的好發部位在大腦中動脈、前動脈、脈絡膜前動脈、小腦後下動脈以及脊髓前動脈,
全身性麻痹是腦梅毒的一種, 病理特徵為慢性梅毒性腦膜炎, 導致腦實質變性。 腦萎縮以額葉與顳葉最為明顯, 漸向枕葉發展。 皮質神經細胞減少, 星形細胞數目增加, 小腦膠質細胞也增多並變大, 形成棒狀細胞。
脊髓癆時, 脊髓後根尤其是胸下部及腰骶節段有萎縮, 脊髓後索變薄及凹陷。 脊髓橫切面可見後索呈灰色半透明狀態。 光鏡下可見萎縮, 軸索及髓鞘有退行性變和消失現象, 繼而間質增生。 脊髓後索的軸索及髓鞘發生退行性變及膠質增生。 約15%病人可有慢性間質性視神經炎, 其他腦神經也可受損。 中腦被蓋前區膠質出生後, 因損害了光.反射的傳人纖維, 可發生阿一羅瞳孔。