一旦脊髓灰质炎病毒经口咽途径侵入机体,即于消化道淋巴结内增殖,随后通过血液播散,猛烈地攻击脊髓前角神经节细胞,特别是腰膨大和颈膨大,潜伏期为6~20天。脊髓前角运动细胞可被病毒增殖或其毒性副产物直接损伤,也可被局部缺血、水肿及周围神经胶质出血间接损伤。髓内破坏呈灶状,在3天内每根神经纤维的全长均出现明显的华勒氏变性。巨噬细胞与中性粒细胞包围并清除部分坏死的神经节细胞,炎性反应逐渐消退。4个月后,神经胶质细胞与淋巴细胞的残余区域填充脊髓中前角运动细胞已被破坏的区域。出现代偿性神经胶质细胞增殖。
被松弛性麻痹所影响的肌肉块数及麻痹的严重程度是可变的;临床上肌无力的程度与运动单位丧失的数量呈比例。按照Sharrard的观点,只有当60%以上的支配肌肉的神经细胞被损伤时,临床上才能查出肌无力。由脊髓颈段与腰段支配的肌肉最易受累,下肢肌肉发生麻痹的频率是上肢肌肉的两倍。在下肢最易受累的肌肉是肌四头肌、臀肌、胫前肌、内侧腘绳肌及屈髋肌。在上肢最易受累的肌肉是三角肌、肱三头肌和胸大肌。肌肉功能恢复的潜力取决于受到损伤而未被破坏的前角细胞的恢复情况。大多数临床恢复发生于急性发病后的第一个月内,并且基本上在6个月内完成全部恢复,虽然2年左右仍有有限的恢复。按照Sharrard的观点,发病6个月时麻痹的肌肉恢复可能性很小。