脑组织细胞在缺氧的状态下，脑血管自动调节机能丧失，不能有效的正常收缩和舒张，导致脑血流量减少；还可以影响微循环，导致微血管管腔狭窄，微循环灌注受限，由于脑细胞代谢紊乱，血脑屏障遭到破坏，可以出现细胞内或者血管源性脑水肿，病变常常位于血管远端的皮层支，导致大脑皮层神经元细胞功能障碍。细胞在缺血缺氧状态下，能量会大量的耗竭，会影响细胞内外膜的稳定性，细胞膜离子通道出现病变，其中钠离子、钾离子、钙离子通道与癫痫相关性的研究较为明确。因此在细胞内外离子浓度改变的同时，诱发神经元的异常兴奋，出现癫痫发作。