Nella sclerosi multipla il sistema di difesa dell'organismo (sistema immunitario) attacca il sistema nervoso centrale danneggiando la mielina, la tunica che riveste e protegge i nervi, e i nervi stessi. La perdita di mielina (demielinizzazione) si verifica in più aree (da cui il termine "multipla") denominate placche, e provoca la formazione di un tessuto cicatriziale (da cui il termine "sclerosi"). Quando la mielina e le fibre nervose vengono danneggiate, gli impulsi nervosi sono disturbati o interrotti provocando la molteplicità dei disturbi (sintomi) che caratterizzano la malattia.