L'encefalite primaria può esordire nella fase esantematica del morbillo, entro i primi 7 giorni. Si ritiene sia dovuta all'invasione diretta ed alla replicazione del virus nel sistema nervoso centrale seguita da infiltrati leucocitari e dalla produzione di citochine. Il virus può essere rilevato nel siero cerebrospinale e nei tessuti nervosi. È caratterizzata all'inizio da agitazione o sopore, che in poche ore possono portare a convulsioni, deficit motori e sensitivi, fino al coma. Si verificherebbe nel 0,1-0,3% dei casi con un tasso di letalità pari a circa il 15%.