动脉闭塞后6h内其组织改变不明显，为可逆性。通常在12—24h后大体检查才能较明显地看出。血管壁出现大量结缔组织，包括胶原纤维、弹力纤维、糖蛋白。细胞内外脂质堆积，并可有钙质沉积。动脉管腔内可见大量血小板、红细胞，血管壁向血栓内生长的纤维细胞。陈旧的血栓内尚可机化及管腔再通。梗死发生后缺血最重的中心部位，脑组织坏死．神经元、轴索、髓质及胶质细胞均遭受破坏。后期坏死组织液化，被吸收后形成小腔。一种多见于皮质下，基底核等处小动脉硬化引起的梗死．形成多个不同时期的小腔，称为腔隙性梗死。在坏死组织周围为水肿区，其间部分神经元的损害可能是可逆的，若能及时抢救．其功能可望恢复，此区称快血半暗带或半影区。

脑血栓形成一般为供血不足引起的白色梗死．少数近皮质梗死区，由于血管丰富，于再灌流(血管再通)时可继发出血，称出血性梗死。

病理解剖检查所见各主要血管血栓形成的发生率约为：颈内动脉起始处及虹吸部29％，大脑中动脉43％，二者共占2／3以上，大脑前动脉5％，推动脉7％，基底动脉7％，大脑后动脉为9％。