脑膜由三种薄层膜组成，加上脑脊液，包围并保护大脑和脊髓。软脑膜是一种非常纤弱的密封型薄膜，紧密的贴在大脑表层的细小轮廓上。蛛网膜以形态如蛛网而得名是覆盖在软脑膜上的宽松网袋。蛛网膜下腔将蛛网膜和软脑膜分隔开来，并充满了脑脊液。最外层的脑膜，即硬脑膜，是一层硬质耐用厚实的薄膜，同时与蛛网膜和颅骨相连。

　　在细菌性脑膜炎病例中，细菌主要通过两大渠道之一进入脑膜： 通过血流或通过与脑膜层直接接触，如鼻腔或皮肤。在大多数的情况下，脑膜炎是因为粘膜表面，如鼻腔上附着的生物通过血液入侵脑膜。这种情况通常是因为病毒感染而造成，因为病毒感染会损害粘膜表面所提供的天然保护屏障。一旦细菌进入血液，它们就可进入蛛网膜下腔，此处血脑屏障十分脆弱——如脉络丛十分脆弱。带血液感染的新生儿中有25%都患有脑膜炎，其原因是链球菌B型病毒;这种情况在成年人中则较为少见。脑脊液的直接感染则可能由于内置留置装置、颅骨骨折或鼻咽或鼻窦的感染所导致，从而使细菌直接进入蛛网膜下腔。有时，患有先天性缺陷的硬脑膜也可被确定为脑膜炎病因。

　　脑膜炎患病时，若蛛网膜下腔出现大面积炎症，并非是由细菌性感染所直接导致的，但很有可能是由于免疫系统为抵抗细菌侵入中枢神经系统而形成的。当细菌细胞膜中的成分被大脑中的的免疫细胞所探测到，它们就会立即作出反应，释放出大量的类似于荷尔蒙的中介物激素样介质细胞激素，召集其他免疫细胞，并刺激其他组织参与到免疫反应中来。血脑屏障则更易被渗入，从而导致“血管源性”脑水肿。大量白血球进入脑脊液，导致脑膜发炎，并引起“间质性”水肿。此外，血管壁本身也开始发炎，这将引起血流量减少，而出现第三种类型的水肿，即细胞中毒性脑水肿。三种类型的脑水肿都将导致颅内压升高，伴有血压降低，并通常出现急性感染，这意味着血液难以进入大脑，导致脑细胞出现缺氧，而开始出现细胞死亡细胞凋亡。

　　人们注意到，使用抗生素的应用在灭菌的同时，会增加细菌细胞膜的数量，从而会使上述流程疾病进程恶化。特定治疗方案，如使用皮质类固醇，则旨在抑制免疫系统对这种现象所作出的反应。