(1)组织蛋白糖基化：血糖升高可引起组织蛋白发生糖基化，糖基化蛋白终产物不仅是造成糖尿病全身性并发症的重要因素,而且还可破坏外周神经的髓鞘结构，引起髓鞘脱失，微丝，微管蛋白的糖基化可导致轴突变性，糖尿病患者这种组织蛋白的糖基化过程在血糖水平恢复正常后仍可继续进行，造成持续性的周围神经损害。
(2)肌醇代谢异常：肌醇是合成磷脂酰肌醇的底物，而磷脂酰肌醇不仅能影响细胞膜Na -K -ATP酶的活性，而且还是细胞跨膜信息传递的重要物质，细胞对肌醇的摄取需要一种Na 依赖性载体，肌醇与葡萄糖的结构相似，高血糖可竞争性抑制Na 依赖性载体，减少细胞对肌醇的摄取，使细胞内肌醇水平下降，直接影响神经结构和功能。
(3)山梨醇果糖代谢障碍：高血糖可使周围神经施万(雪旺)细胞内的醛糖还原酶活性增加，加速葡萄糖转化生成山梨醇的过程，山梨醇又在山梨醇脱氢酶的作用下氧化生成果糖，使山梨醇和果糖在细胞内过多积聚，引起细胞内渗透压增高，水钠潴留，结果导致周围神经神经膜细胞(雪旺细胞)坏变，髓鞘脱失和轴突变性。
(1)微血管病变和缺血缺氧：高血糖可使微血管的结构蛋白糖基化，造成血管内皮增生，内膜增厚，玻璃样变性和基底膜增厚以及毛细血管通透性增加，严重者可致血管狭窄，甚至血栓形成，引起周围神经组织缺血缺氧性损害，对单纯糖尿病和糖尿病合并周围神经病患者甲皱循环的对比研究显示，合并周围神经病变的糖尿病患者微循环的能见度明显下降，视野呈暗红色，大部分管襻模糊不清，且数目减少，同时管襻变细变短可见输入支痉挛及微血管瘤存在，襻周渗出，血流速度明显减慢，呈泥沙样团聚样流态。
(2)血管活性因子减少：糖尿病周围神经病血管活性因子(NO)减少，神经内膜滋养血管对血管舒张因子的敏感性降低，平滑肌舒张功能异常，导致微循环障碍，此外花生四烯酸的代谢异常使前列环素(PGl2)和血栓烷素(TXA2)的比例下降，血管收缩，血液呈高凝状态，其结果是神经组织缺血缺氧。
研究显示12%的糖尿病周围神经病患者血清抗GM1抗体阳性，且与远端对称性多发性神经病有关，88%的患者抗磷脂抗体阳性，而无神经并发症的糖尿病患者仅32%有该抗体阳性，表明糖尿病周围神经病的发病机制与自身免疫有关。
糖尿病周围神经病的主要病理特征为轴突变性和节段性脱髓鞘同时存在，且伴有明显的髓鞘再生和无髓纤维增生，有关坐骨神经，腓肠神经和迷走神经病变的空间分布特点研究显示，轴突变性和脱髓鞘均呈逆向性变性改变(dying back)，即神经轴突远端变性较重，近端相对较轻，多发性节段性髓鞘脱失可以是原发性，也可以是继发性，部分患者有肥大神经病的病理特点，表现为施万细胞增生形成洋葱头样结构，可见胶原纤维增生伴胶原囊形成，临床表现为痛性神经病患者的腓肠神经活检可见选择性细有髓纤维缺失，伴无髓纤维轴突发芽，糖尿病周围神经病的尸检病理观察有时还可以发现后根节细胞和脊髓前角细胞脱失以及神经根和后索的神经轴突变性。
血管病变是糖尿病周围神经病的病理特征之一，神经外膜和内膜小血管内皮细胞肿胀，管腔狭窄甚至闭塞，血管外膜明显增厚并伴单核细胞浸润，基底膜增厚是糖尿病周围神经病的另一病理特征，神经束膜，施万细胞和血管内皮细胞处的基底膜均可有明显增厚，其中以神经束膜最为显著，病程越长的远端对称性神经病，其基底膜增厚越明显，病程短的单神经病则增厚的程度较轻。
