タウタンパク質の過剰なリン酸化（タウ封入体、pTau）は、対らせん状細線維 (paired helical filament) と直線状細繊維 (straight filament) の凝集体の自己集合を引き起こす。これらは、アルツハイマー病、前頭側頭型認知症や他のタウオパチーの病理に関係している。アルツハイマー病の脳の対らせん状細線維では、タウの6つのアイソフォームの全てがしばしば過剰なリン酸化がなされた状態で存在している。他の神経変性疾患では、蓄積した凝集体には特定のアイソフォームが多く含まれることが報告されている。誤ったフォールディングが起こることで、可溶性の高いタンパク質も極めて不溶性の凝集体を形成し、多くの神経変性疾患に寄与する。神経原線維変化 (neurofibrillary tangle) はタウタンパク質が互いに結合した凝集体で、脳の細胞へ分配される必須栄養素を遮断することで細胞死を引き起こす。アルツハイマー病において、タウはエキソソームを介した機構で細胞外へ放出されていることが近年の研究では示唆されている。ヒトの脳のさまざまな領域でのジェンダー特異的なタウの遺伝子発現とタウオパチーの症状やリスクのジェンダー間の差異との関係が近年示唆されている。疾患の機能のいくつかの側面は、プリオンタンパク質との類似性が示唆される。
タウは細胞内に蓄積することで毒性を示す。この毒性の機構には、PAR-1キナーゼなどの多くの酵素が関与している。この酵素は262番と356番のセリン残基のリン酸化を促進し、他のキナーゼ（GSK-3とCdk5）を活性化して疾患と関連したリン酸化エピトープを作り出す。毒性の程度は、微小管への結合度などのさまざまな因子の影響を受ける。また、毒性は神経原線維変化 (neurofibrillary tangle) によっても引き起こされ、細胞死や認知機能の低下がもたられる。
タウの取り込みと放出の過程は、シーディング (seeding) として知られている。タウタンパク質の取り込みは、細胞表面にヘパラン硫酸プロテオグリカンの存在を必要とし、マクロピノサイトーシスによって起こる。一方で、タウの放出は神経活動に依存している。Asaiらによると、タウタンパク質の拡散は、疾患の初期段階で嗅内野 (entorhinal cortex) から海馬領域へ起こる。また、彼らはミクログリアが輸送過程に関与していることを示唆したが、その実際の役割は不明である。
過剰なリン酸化がなされたタウの神経細胞への蓄積は、神経原線維変性 (neurofibrillary degeneration) を引き起こす。タウがある細胞から他の細胞へ伝播する実際の機構については特定されていない。また、タウの放出や毒性など他の機構も未解明である。タウが凝集すると、チューブリンに置き換わってタウの線維化が増大するようになる。伝播の方法に関しては、シナプスの細胞接着タンパク質や神経活動のようにシナプス結合を介した機構や、他のシナプス機構、非シナプス機構など、いくつかの機構が提案されている。タウの凝集の機構は完全には解明されていないが、タウのリン酸化や亜鉛イオンなど、この過程の進行を促進するいくつかの因子が知られている。
ヒトの脳組織には6種類のタウのアイソフォームが存在しており、それらは結合ドメインの数によって区別される。3種類のアイソフォームは3つの結合ドメインを持っており、その他は4つの結合ドメインを持っている。結合ドメインはタンパク質のC末端に位置しており、正に帯電している（それによって負に帯電して微小管に結合することができる）。4つの結合ドメインを持つアイソフォームは、3つのものよりも強い微小管安定化効果を持つ。タウはリン酸化タンパク質であり、最も長いアイソフォームにはセリン/スレオニンのリン酸化部位が79か所存在する。正常なタウタンパク質は、これらのうち約30か所がリン酸化されているという報告がある。タウのリン酸化は、PKNを含む、セリン/スレオニンキナーゼによって調節される。PKNが活性化されるとタウをリン酸化し、微小管構造が破壊される。タウのリン酸化は発生段階でも調節されている。例えば、胚の中枢神経系のタウは成体のタウよりも高度にリン酸化されている。6つの全てのイソフォームのリン酸化度は、ホスファターゼの活性化のために年齢とともに低下する。キナーゼと同様に、ホスファターゼもタウのリン酸化を調節している。例えば、PP2AとPP2Bはともにヒトの脳組織に存在し、396番のセリン残基を脱リン酸化する能力を持つ。これらのホスファターゼのタウへの結合は、タウの微小管への結合に影響を与える。
アニメオリジナルのバウント編では、滅却師としての力を失いながらも、持ち前の器量で一護たちの力となった一方で、尸魂界進出を目論む狩矢らバウント達に狙われることとなる。狩矢と敵対する中、自らを助けたバウントの芳野に母親の面影を重ね惹かれる。芳野を狩矢に殺されてから滅却師の力を取り戻すために修行に励むが、涅ネムに渡された滅却師の戦闘用装身具により、一時的に滅却師の力を取り戻す。瀞霊廷内でヨシを倒し、狩矢と対峙し善戦するが装身具が壊れたため、一護に後を託し退却した。また、アニメでは母親のことを「いつも笑っているのに泣いているようだった」と言っているが、放映当時は母親の片桐叶絵は、まだ原作では登場していなかった。新隊長天貝繍助篇では、雲井が雇った殺し屋の一人である九頭竜と対決し、勝利して退却させた。斬魄刀異聞編では、一護達現世メンバーや他の死神達と共に現世に侵攻した村正との戦いに参加し、実体化した千本桜と対決して互角の戦いを繰り広げた。護廷十三隊侵軍篇では、影狼佐と対決するが、空間操作の能力によって敗北してしまう。その後、望実の覚醒に協力した。終盤にはルキアたちと尸魂界へ向かい、影狼佐と再対決して破芒陣で倒そうとするが、望実と融合してパワーアップした影狼佐には通用しなかった。死神図鑑では、大前田が負傷したことを忘れていた。