1、神經組織結構的損害
腦積水形成之后，腦脊液循環通路受阻而引起腦組織繼發性改變；其表現為腦室系統由于腦脊液的積聚而擴張，室管膜細胞的側突腫大、伸長，隨著腦室壁的進一步受牽拉，室管膜逐漸消失，腦室周圍呈星形細胞化或膠質疤痕形成。腦室進一步擴大，可使腦脊液進入室周組織而引起白質水腫，這時即使行腦脊液分流術，使腦室恢復到正常大小，腦組織在組織學上的改變已不能恢復。
在人體解剖上，當腦脊液存量增加時，腦組織的彈性減少。若腦積水進一步發展，大腦皮層受壓變薄，則可繼發腦萎縮。第三腦室的擴張可使下丘腦受壓而萎縮，中腦受壓則使眼球垂直運動發生障礙，出現臨床所見的“落日目”征。第四腦室受阻的病例，可出現脊髓中央管擴大，腦脊液可經終池流入脊髓蛛網膜下腔。
2、頸靜脈回流的影響
腦積水引起的顱內壓增高可使雙側橫竇受壓，使注入兩側頸內靜脈的血流受阻，因而可出現代償性頸外靜脈系統的血液回流增加，繼發頭皮靜脈怒張。