1、部位
選擇性累及某一區域的神經元，往往是對稱性改變，及主要累及小腦、腦干、脊髓，但神經系統其他部位皆可能涉及，是IAS病理改變的部位的三大特點。
小腦改變廣泛，除FRDA、SPG外，大部分IAS的小腦病理改變明顯。ADCAS I型的腦干病理改變明顯。FRDA及SPG的脊髓病理改變明顯。某些IAS伴有大腦皮層、丘腦、腦干運動核、視神經的病理改變。
2、大體所見
小腦萎縮，重量減輕，小腦溝回變寬；腦干變小，萎縮；脊髓萎縮，頸段及以上胸段明顯。
3、鏡下所見
①神經細胞脫失：小腦皮層的purkinje細胞、顆粒細胞脫失，齒狀核神經細胞脫失，小腦白質纖維及皮質脊髓束、脊髓小腦束、后索髓鞘脫失及軸索變性。橄欖小腦束、橋腦小腦束、橋橫纖維、小腦腳髓鞘脫失及軸索變性。由于軸索增生，軸索球形成。
SCA共同的病理改變主要是小腦、腦干和脊髓變性和萎縮，但各亞型也有其特點，如SCA1主要是小腦、腦干的神經元丟失，脊髓小腦束和后索受損，很少累及黑質、基底核及脊髓前角細胞；SCA2以下橄欖核、腦橋、小腦損害為重；SCA3主要損害腦橋和脊髓小腦束；SCA7的特征是視網膜神經細胞變性。
除上述神經系統改變外，少數病例還可見到內分泌、皮膚、骨骼等方面的改變，如：心肌肥厚、糖尿病、魚鱗病和毛細血管擴張、脊柱側彎和弓型足。