Oltre ad essere in grado di distruggere agenti patogeni tramite la fagocitosi, le microglia possono anche rilasciare una varietà di sostanze citotossiche. Cellule di microglia secernono in vitro grandi quantità di acqua e monossido di azoto, prodotti della combustione respiratoria. Entrambe queste sostanze possono danneggiare direttamente le cellule e portare alla morte le cellule neuronali. Le proteasi secrete dalle microglia catabolizzano le proteine specifiche causando danni cellulari diretti, mentre le citochine come l'interleuchina 1 promuovono la demielinizzazione degli assoni neuronali. Infine, le microglia possono danneggiare i neuroni attraverso processi mediati dai recettori NMDA secernendo glutammato e aspartato. La secrezione citotossica è indirizzata a distruggere neuroni infetti, virus e batteri, ma può anche causare molti danni collaterali ai neuroni. Di conseguenza, la risposta infiammatoria cronica può portare a danni neurali su vasta scala, poiché le cellule microgliali deteriorano il cervello nel tentativo di eliminare l'infezione.