認為GBS是一種自身免疫性疾病。分子模擬學說認為，病原體某些成分的結構與周圍神經的組分相似，機體發生錯誤的免疫識別，自身免疫性T細胞及自身抗體對周圍神經組分進行免疫攻擊，導致周圍神經脫髓鞘。實驗性自身免疫性神經炎（experimental autoimmune neuritis，EAN）動物模型證實，將EAN大鼠抗原特異性T細胞被動轉移給健康Lewis大鼠，經4～5日潛伏期可發生EAN，轉移少量T細胞可見輕微脫髓鞘，轉移大量T細胞可見廣泛軸索變性，可能由于繼發于嚴重炎癥反應及神經水腫的“旁觀者效應”，可導致嚴重癱瘓。EAN與脫髓鞘病變為主的AIDP相似，與軸索變性為主的AMAN不同，病變嚴重程度與誘發因子引起免疫反應強度有關。巨噬細胞表面Fc受體可使巨噬細胞通過特異性結合抗體與靶細胞結合并損害之，是抗體介導免疫損害的典型過程，導致GBS脫髓鞘及單個核細胞浸潤典型的病理改變。
GBS是自限性疾病，抑制性T細胞可能對疾病恢復起作用，抑制性細胞因子如IFN-?在EAN恢復期占主導地位，治療EAN可減輕病情。巨噬細胞或Schwann細胞釋放的前列腺素E也有免疫抑制作用，自身反應性T細胞通過細胞凋亡可終止免疫反應。