本病为自主神经系统先天性异常，患儿感觉神经节，交感神经节及副交感神经节中的神经元明显减少，这些神经元在患者一生中不断丧失，交感神经末梢数量减少是病人血液循环中去甲肾上腺素，多巴胺，β-羟化酶较少的原因，由于外周组织交感神经支配减少，使肾上腺能受体过敏，以致肾上腺髓质释放儿茶酚胺可引起过度应激反应，虽有些症状提示累及中枢神经系统，但中枢神经系统未见类似病变，智力属正常范围。
也有研究指出，患儿尿中的去甲肾上腺素，肾上腺素代谢产物香草酰扁桃酸(VMA)降低，高香草酸(HVA)大量增多，也可能是由于患儿体内儿茶酚胺代谢异常，去甲肾上腺素及其衍生物形成障碍所致。
本病的病理改变主要是颈交感神经节发育不良，神经元数目和体积均减少，主要表现在丘脑背内侧核，颈髓与胸髓侧角灰质细胞，背根神经节及交感神经节的异常改变，节前神经元减少，脑干网状结构变性，蝶腭神经节，睫状神经节的神经细胞异常;此外，脊髓背柱，背根，脊丘束等有脱髓鞘改变，少数发现脊髓交感神经节有色素变性。