病毒與細胞表面CD4受體結合，破壞CD4+淋巴細胞，引起機體嚴重細胞免疫缺陷，病毒藉胞飲或融合作用進入細胞內，細胞膜通過透性改變，發生溶解壞死，使輔助性T細胞減少和細胞免疫功能受損，導致真菌、病毒、寄生蟲等病原機會性感染，淋巴瘤發病率明顯增加，肺孢子蟲Carinii導致Kaposi肉瘤。HIV不僅是引起免疫缺陷的嗜淋巴細胞病毒，也是危險的嗜神經病毒，尸檢發現90%的艾滋病患者可見神經系統病變。病毒通常不直接損害神經組織，可通過持續性胞內感染和免疫介導的間接損傷、受染的單個核細胞核巨噬細胞釋放細胞因子、興奮毒性氨基酸、胞內鈣超載、自由基、脂質炎性介質（花生四烯酸和血小板活化因子）、HIV基因產物如膜糖蛋白GP120的間接細胞毒性等引起組織炎癥損害。促使HIV感染后疾病發作因素包括HIV無生物學變異、強毒力病毒株、宿主免疫機制與伴隨感染相互作用，伴隨感染包括巨細胞病毒、人類單純皰疹病毒、乙型和丙型肝炎病毒、人類嗜T淋巴細胞病毒－1型（HTLV－1）等。
病理：HIV腦炎病理特征是多核巨細胞形成多數神經膠質小結，遍布大腦白質、皮質和基底節，以及小腦、腦干和脊髓。死亡病例多見半卵圓中心彌漫性髓磷脂蒼白和神經膠質增生。成人艾滋病常見空泡性脊髓病，胸髓后索、側索明顯白質空泡形成。全身HIV感染引起免疫抑制，導致單純皰疹病毒性腦炎、進行性多灶性白質腦病、新型隱球菌腦膜腦炎、弓形體病和中樞神經系統原發淋巴瘤等相應病理表現。