因瘙痒病特异蛋白为非常规因子，不具有免疫原性，进入机体后不能刺激机体进行细胞的体液免疫反应，因而一旦感染便不能清除病原，使大脑皮质出现病理性海绵状改变，神经细胞减少，变性和星形细胞增生改变等，经典型早期一般仅见轻度脑萎缩，镜下显示大脑皮质灰质可见大小不等，圆形和卵圆形空泡呈海绵状改变，神经细胞变性减少和脱失伴随星形细胞增生，无炎性细胞浸润，PrP免疫组化染色阳性，刚果红染色偶见淀粉样斑，电镜所见膜状空泡变性和羊瘙痒症相关纤维(SAF)。
晚期则见明显脑池变宽，脑回扁平严重脑萎缩，无炎性渗出和局灶性脑病变，病理性海绵状改变主要见于大脑皮质，其分布以颞，额，枕叶为最著，顶叶和中央回则最轻，基底节壳核，尾状核和丘脑病变明显，而苍白球大细胞较轻，小脑，中脑，脑桥和延髓亦可见海绵状改变，神经细胞减少变性和星形细胞增生，脊髓前角亦可受累但较轻，病程短者海绵状改变重，病程长者神经细胞变性和星形细胞增生明显。
新变异型与经典型海绵状改变，神经细胞变性和星型细胞增生，PrP反应阳性等基本一致，但病变程度和分布不同，例如丘脑和小脑病变明显，刚果红染色淀粉样变较经典型多见。