La grande variabilità dei sintomi che caratterizzano la malattia è conseguenza di un processo di degenerazione della mielina, da cui il termine demielinizzante (o mielinoclastica).La mielina, costituita dalla membrana plasmatica degli oligodendrociti nel sistema nervoso centrale e delle cellule di Schwann nel sistema nervoso periferico, avvolge a manicotto l'intero assone a partire dal cono di emergenza, permettendo la trasmissione rapida e integra degli impulsi nervosi (vedi figura 1.2). Figura 1.2. Guaina mielinica normale. La guaina mielinica (cerchi concentrici scuri) avvolge l'assone di un neurone, al cui interno è visibile un organello citoplasmatico. Sezione trasversale. Immagine ottenuta con il microscopio elettronico a trasmissione. E' costituita da proteine e lipidi e quindi, essendo un isolante, impedisce che l'impulso venga disperso lungo l'assone; inoltre ha una funzione trofica per il neurite. Il rivestimento di mielina è segmentale poichè ci sono piccole aree (nodi di Ranvier) che non sono mielinizzate (vedi figura 1.3). L'impulso elettrico, generato dallo spostamento di ioni, viene condotto grazie alla mielina, interrompendosi soltanto a livello dei nodi di Ranvier, dove la corrente si rigenera: questa "conduzione saltatoria" spiega la maggiore velocità di propagazione dell'impulso nelle fibre rivestite da mielina (fibre mieliniche) rispetto alle fibre che ne sono prive (amieliniche), in cui il passaggio di ioni deve avvenire lungo tutta la lunghezza dell'assone. Nell'individuo adulto la distruzione delle guaine mieliniche non è seguita da una nuova mielinizzazione. Nel corso della malattia la demielinizzazione causa il blocco o rallentamento degli impulsi che vanno dal sistema nervoso centrale verso le differenti parti del corpo e viceversa. Se in uno stato di normalità le informazioni nelle fibre nervose sono trasmesse a 100 m/s, in un individuo affetto da SM la velocità scende gradualmente a 5 m/s. Le aree in cui la mielina è stata danneggiata vengono anche dette placche; da ciò deriva l'appellativo "sclerosi a placche".