In generale, le persone affette da sindrome di Williams manifestano un sottosviluppo della corteccia occipitale e parietale, che potrebbe spiegare le loro scarse capacità spaziali; una corteccia frontale e temporale normale, che potrebbe spiegare l'integrità del linguaggio; e anomalie del sistema limbico, che potrebbero spiegare il comportamento amichevole e socievole al di sopra della norma.