La malattia consiste in un accumulo di una sostanza metacromatica (determina viraggio del colore della luce trasmessa) birifrangente, costituita da accumuli di sulfatidi nella sostanza bianca (mielina) nelle cellule nervose dell'oligodendroglia, nelle cellule di Schwann e nei nervi in generale. Successivamente le cellule muoiono per fenomeni fibrotici, e le cellule superstiti presentano inclusioni tipiche e non.