本病是由梅毒螺旋体侵犯大脑实质而引起的，导致大脑萎缩，额叶的病理改变最突出，主要表现为脑萎缩，神经细胞变性，脱失皮质结构紊乱，这可能也是导致痴呆出现精神症状的原因。
梅毒螺旋体直接侵入脑内的特征为软脑膜和浅表脑实质炎细胞浸润，即慢性梅毒性脑膜脑炎。肉眼可见软脑膜明显增厚、混浊、不透明，并与大脑皮质粘连而不易剥离。脑萎缩明显，额叶和颞叶最重，向后逐渐减轻，表现为脑回变窄，脑沟变深；脑脊液代偿性增多，脑室系统和蛛网膜下腔扩大。室管壁失去光滑，第四脑室底部呈颗粒状脑室膜炎改变。镜下可见软脑膜弥漫性淋巴细胞和浆细胞浸润；大脑皮质弥散性病损（分子层和锥体细胞层最为明显），细胞失去原有的规律排列，并呈现各种各样的变性、坏死，以至完全消失；皮质与皮质下纤维脱髓鞘样改变；胶质细胞增生，尤其是多形微胶质细胞和杆状小胶质细胞增生明显；小血管和毛细血管周围大量淋巴细胞、浆细胞和单核细胞浸润，并有新生的毛细血管；血管周围和小胶质细胞内还可见到含铁血黄素。经特殊染色，大脑皮质梅毒螺旋体发现率约为50%，且以额叶最多见。
