मस्तिष्क ज्वर के दौरान बड़े स्तर पर सबअर्कनॉएड स्पेस में होने वाली सूजन बैक्टीरिया संक्रमण का प्रत्यक्ष परिणाम नहीं होता है बल्कि इसे बैक्टीरिया के केन्द्रीय तंत्रिका तंत्र में प्रवेश के कारण प्रतिरक्षा तंत्र की प्रतिक्रिया का परिणाम होता है। जब बैक्टीरिया संक्रमित कोशिका झिल्ली के घटक मस्तिष्क की प्रतिरोधक कोशिकाओं (ऐस्ट्रोकाइट और माइक्रॉग्लिया) द्वारा पहचाने जाते हैं तो वे हार्मोन जैसे मध्यस्थ साइटोकाइन की बड़ी मात्रा मुक्त करके प्रतिक्रिया करते हैं जो अन्य प्रतिरक्षा कोशिकाओं को नियुक्त करते हैं और दूसरे ऊतकों को प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया में भाग लेने के लिये उकसाते हैं। रक्त-मस्तिष्क बाधा पारगम्य हो जाती है, जिसके कारण ""वैसोजेनिक"" सेरेब्रेल एडीमा (रक्त केशिकाओं से द्रव्य रिसाव के कारण मस्तिष्क की सूजन) हो जाता है। श्वेत रक्त कणिकाओं की बड़ी मात्रा CSF में प्रवेश कर जाती है, जिसके कारण मस्तिष्क आवरण में सूजन हो जाती है और जिससे ""इंटरटिस्शल"" एडीमा (कोशिकाओं को बीच द्रव्य के कारण सूजन) हो जाता है। इसके अतिरिक्त, रक्त केशिकाओं की दीवारें अपने आप सूज जाती है (सेरेब्रल वेस्क्युलिटिस), जिससे रक्त का प्रवाह कम हो जाता है और एक तीसरे तरह का एडीमा ""साइटोटॉक्सिक"" एडीमा हो जाता है। सेरेब्रल एडीमा के सभी तीन प्रकार एडीमा के कारण अंतःकपालीय दाब बढ़ जाता है; जिसके साथ गंभीर संक्रमण में घटे रक्तचाप से भी सामना होता है, जिसका अर्थ है कि रक्त के लिये मस्तिष्क में प्रवेश कठिन हो जाता है, परिणामस्वरूप मस्तिष्क कोशिकाओं को ऑक्सीजन की कमी हो जाती है और वे एपाटोसिस (स्वतः कोशिका मृत्यु) चरण में प्रवेश कर जाती हैं।