病毒先在鼻咽部繁殖然后侵入血液，可能在单核吞噬细胞中复制，并向全身扩散，故病毒血症是全身症状和皮肤粘膜发疹的基础。病变主要在皮肤的棘状细胞层，呈退行性变性及细胞内水肿形成囊状细胞，核内有嗜酸性包涵体。囊状细胞或多核巨细胞裂解及组织液渗入后即形成疱疹。真皮有毛细血管扩张和单核细胞浸润。粘膜病变与皮疹类似但疱疹常破裂形成小溃疡。此外，在个别死亡病例尸检中发现许多脏器如食管、肝、胰肾盂、输尿管、膀胱肾上腺等有小灶和结节状实变区，伴多个出血灶，镜下见肺间质的渗出液主要为红细胞纤维素及含嗜酸性小体的多核巨细胞。水痘脑炎与麻疹脑炎和其他感染后脑炎相似，表现为血管周围的脱髓鞘改变