Le sindromi paraneoplastiche neurologiche sono rare sindromi (meno dell'1% dei tumori le causano) che colpiscono il sistema nervoso centrale, non dovute ad un effetto a distanza di un tumore, con meccanismo immunomediato. Il loro esordio anticipa spesso l'esordio clinico del tumore ed il processo fisiopatologico alla base di tali disturbi contempla un meccanismo di mimetismo molecolare (mimicry, vedi sopra) tale per cui il tumore condividerebbe con il SNC e SNP epitopi contro i quale il nostro organismo produrrebbe anticorpi atti alla difesa dello stesso. Un ruolo sarebbe svolto anche dai linfociti T CD8+, responsabili dell'infiltrato infiammatorio che porta a morte i neuroni.Questi anticorpi sono detti onconeurali e sono di vario genere, esplicando il loro effetto verso antigeni del sistema nervoso centrale e periferico di tipo intracellulare con il risultato di causare una moltitudine di effetti clinici che possono colpire qualsiasi livello del sistema nervoso: centrale, periferico, neuromuscolare.Il riscontro di anticorpi nel siero e nel liquor sostiene l'ipotesi immunologica; essi vengono distinti, in base alla classificazione americana di Lennon, in tre classi.• Autoanticorpi diretti contro costituenti della membrana plasmatica. Tali anticorpi sono potenzialmente patogeni per il sistema nervoso. I meglio caratterizzati sono quelli che reagiscono con le proteine-canale di tipo cationico. Esempi sono gli anticorpi anti-recettore dell'acetilcolina (anti-AchR), associati a timoma, e gli anticorpi anti-canali del calcio voltaggio-dipendenti (anti-VGCC), associati a SCLC.• Autoanticorpi diretti contro costituenti citoplasmatici e nucleari. Tali anticorpi sono valutabili come specifici marker tumorali. Essi sono rappresentati, per esempio, da anticorpi anti-cellule di Purkinje di tipo 1 (anti-Yo o PCA 1), anticorpi anti-nucleo neuronale di tipo 1 (anti-Hu o ANNA 1) e di tipo 2 (anti-Ri o ANNA 2).• Autoanticorpi non organo specifici. Anticorpi anti-nucleo, anti-muscolo liscio, antimitocondri sono frequentemente associati a timoma, SCLC, epatoma e melanoma.    