从糖尿病动物模型和糖尿病患者组织活检中得出，与糖尿病周围神经病变发生较密切的是小血管，尤其是微血管病变，主要表现有毛细血管基底膜增厚，面积扩大，血管内皮细胞增生或肥大，水肿以及透明变性，糖蛋白沉积，管腔狭窄，从而导致神经缺血缺氧，另外，神经缺血缺氧可能还与糖尿病高血糖所致高渗状态引起血液流变学改变有关，如血液黏滞度增高，红细胞变形能力降低，糖基化蛋白产物形成等，在链脲佐菌素(streptozotocin，STZ)诱发的糖尿病鼠中，神经血流量减低至正常的2/3，同时通过临床和动物模型观察证明，予以前列腺素E2，血管紧张素转换酶抑制剂以及钙离子拮抗剂可舒张血管平滑肌，扩张血管，增加血流量，使糖尿病神经病患者或大鼠的神经传导功能等得以恢复和改善，更进一步说明了糖尿病神经病变的发生与血管病变所致神经缺血缺氧有关，大多单神经病变可能较多支持血管供血不足引起的血管机制。
糖尿病长期高血糖状态导致一系列的代谢紊乱，异常的代谢产物直接损伤神经，影响神经的营养和血供，进而引起机体的免疫应答，最终导致糖尿病神经病变的发生，多数双侧对称性多神经病变支持此学说。
(1)多元醇代谢通路的活性增高：在多元醇代谢途径中醛糖还原酶(aldose reductase，AR)是一种高度底物依赖酶，正常情况下AR活性很低，但在糖尿病高渗状态下，AR活性大大提高，神经组织内较高的葡萄糖被还原生成较多山梨醇，且山梨醇必须经脱氢酶转化为果糖方能渐渐氧化，而此时山梨醇脱氢酶活性降低，故导致山梨醇在细胞体内大量蓄积，山梨醇的蓄积，一方面直接作用于神经细胞，使其渗透压升高，神经细胞肿胀变性坏死，另一方面，高血糖情况下，葡萄糖能竞争性地抑制神经组织摄取肌醇，同时由于山梨醇通路活性增强，肌醇合成减少，二者使神经细胞的肌醇水平大大下降，细胞合成的肌醇磷脂随之减少，其代谢产物也相应减少，进一步使蛋白激酶-C(protein kinase C，PKC)活性下降，最终导致Na+-K+-ATP酶活力降低，后者的变化将阻滞胞膜的去极化，从而影响神经冲动的正常传导，该酶活性下降，必然导致神经传导速度减慢，严重时，胞内钠离子浓度升高，朗飞结水肿，引起脱髓鞘改变;同时，PKC活性的降低会影响胞内其他酶的活性，导致神经细胞对氨基酸等营养物质摄取减少，能量利用下降，使神经营养功能受损。
(2)蛋白质糖基化：体内的葡萄糖，果糖等可与机体内的各种蛋白质尤其是长寿命的蛋白质发生非酶的糖基化作用，神经结构蛋白的糖基化是形成糖尿病周围神经病的重要原因之一，当血浆蛋白及白蛋白被糖基化后其具有渗透性，而血管壁细胞及基底膜被糖基化则渗透屏障被破坏，于是渗透性物质进入神经内膜，加速神经纤维的变性，髓鞘蛋白的糖基化使脱髓鞘的纤维对外界损害更加敏感，神经束膜的糖基化由于通透性的改变导致神经束膜动脉的压迫而进一步使神经内膜缺血，另外，微管，神经丝的糖基化改变了细胞磷酸化及去磷酸化循环，严重影响轴索传导，导致远端轴索营养缺乏而致轴索萎缩，Ryle等证明，周围神经系统较中枢神经系统的结构蛋白更易受到糖基化的损害，这与临床上糖尿病更易引起周围神经病是一致的。
(3)脂代谢异常：实验发现糖尿病患者神经的脂质合成异常和组成髓鞘的脂质比率异常，产生突触的功能丧失与皱缩变性，但尚未得到一致的认识。
(4)前列环素的减少：前列环素(PG12)为作用很强的血小板聚集抑制物，可防止血管管腔内血小板及其他血细胞聚集于内皮上，并通过增加血管平滑肌细胞内的cAMP使局部血管舒张，而血小板生成血栓素(TXA2)(与PGI2来自同一前体)则可诱导血小板聚集及血管收缩，二者的作用相反，正常时保持动态平衡，糖尿病时，由于花生四烯酸代谢异常导致PGI2与TXA2的比例失调，血小板合成TXA2增多，血管内皮细胞生成PGI2受抑制，使血小板呈现高凝状态，微血管收缩性增强，神经组织缺血，导致糖尿病周围神经病的发生。
神经营养因子是一种促进神经元存活，形态发展及生理功能分化的蛋白质，其中以神经生长因子(nerve growth factor，NGF)较重要，NGF为感觉神经元和交感神经元维持正常功能所必需，尤其是细纤维的感觉神经元，动物实验证明，糖尿病大鼠NGF的神经轴索转运明显降低，NGF敏感神经元及其支配的靶器官内源NGF水平明显降低，以及靶组织NGF-mRNA表达的减少，均提示NGF的减少与糖尿病发病机制有关。
