低血糖以損害神經為主，腦與交感神經最重要。1971年，Briely發現低血糖腦部病變與局部缺血性細胞病變相似，基低血糖綜合征變為神經元變性，壞死及膠質細胞浸潤。腦代謝能源主要靠葡萄糖，神經細胞自身糖原儲備有限，依靠血糖來供應。而神經系統各部分對低血糖敏感性不一致，以大腦皮層、海馬、小腦、尾狀核及蒼白球最敏感。丘腦、下丘腦、腦干、腦神經核次之。最后為脊髓水平的前角細胞及周圍神經。組織學改變為神經細胞核的染色質凝集與溶解，核膜不清胞漿腫脹，內含小空泡及顆粒1973年Chang給小鼠注射普通胰島素2U后，15～20min小鼠嗜睡30～75min小鼠肌陣攣，有癲癇發作，40～120min進入昏迷期。嗜睡期小鼠血糖由6.72mmol/L(120mg/dl)減少至1.18mmol/L(21mg/dl)，昏迷期小鼠血糖水平僅為1.01mmoL/L(18mg/dl)。
糖脂肪與氨基酸是神經代謝中能量的來源，這些物質氧化后放出能量儲存于ATP及磷酸肌酸中，待需要時釋放。糖與氧減少時，ATP磷酸肌酸，神經節苷脂中的結合葡萄糖合成減少由于ATP少而核苷酸合成也減少，導致神經功能減退。低血糖時高能磷酸鹽復合物的代謝及神經功能不僅與血糖水平有關，而且與氧分壓的關系也很密切，低血糖時由于腦氧攝取降低葡萄糖的攝取率也受抑制單純依賴糖不足以維持氧化代謝水平必然影響脂肪酸及氨基酸的代謝，腦磷脂分子水平可下降35%。腦組織在低血糖時，大腦皮層先受抑制，繼而皮層下中樞受累，波及中腦，最后延腦受損而發生一系列臨床異常表現。當血糖降低后，機體有自調節機制，可刺激腎上腺素分泌，促進肝糖原分解，使血糖回升達正常水平。