病理检查所见大脑皮质萎缩，脑回变平，脑沟增宽，脑室扩大，重量减轻，萎缩于颞，顶前额和海马区最明显，以早期起病者表现更加显著，组织学检查，皮质深层大神经细胞广泛消失或变性，染色质溶解，核仁缩小，树状突减少，星状胶质细胞增生，尚可见特征性的老年斑（senile plaque）和神经原纤维缠结（neurlfibrillary tangles）改变，老年斑是一种嗜银性组织变化斑，呈圆形或不规则，中心由淀粉样蛋白沉积所造成，周围为变性星状胶质细胞，皮质老年斑的数目与临床症状有关，不少研究发现老年斑中有异常轴索及树状突，神经原纤维缠结是由配对状螺旋形神经丝（paired helical filament PHF）或神经管（neurotubules）所组成，均属神经组织的淀粉样变性，多见于皮质深层的大神经细胞中，老年斑与神经原纤维缠结的存在并不致，有的老年患者可见较多之老年斑而仅少量神经原纤维缠结，生化检查大部分神经肽类物质如：胆囊收缩素，促甲状腺素释放因子及P物质等均在正常范围内，乙酰胆碱，5-羟色胺及去甲肾上腺素均下降，乙酰胆碱的下降以海马部位最为明显，而生长激素水平有上升。
