脳
脳は、髄膜と呼ばれる3層の膜、すなわち軟膜・クモ膜・硬膜に覆われている。軟膜は脳の実質に密着しているがクモ膜は少し離れており、軟膜との間にクモ膜下腔という空間を残している。クモ膜下腔は脳脊髄液で満たされている。硬膜は大脳鎌・小脳テントなどの突出と、硬膜静脈洞を作る部分のほかは頭蓋の内面に密着して内張りとなっている。硬膜とクモ膜はほぼ密着している。
髄膜炎
髄膜炎にみられるクモ膜下腔の大規模な炎症は細菌性感染の直接的な結果ではないが、大部分は中枢神経系への細菌の侵入に対抗する免疫反応に帰するものであると言える。脳の免疫細胞(アストロサイトおよび小膠細胞)が細菌の細胞膜の成分を検知すると、サイトカイン（他の免疫細胞を誘引し各組織に免疫応答を促すホルモン様の伝達物質）を大量に放出して応答する。血液脳関門の透過性が増し、"血管原性"脳浮腫 (血管からの血液漏出による脳の容積拡大)が生じやすくなる。また、大量の白血球がCSF内に入り、髄膜の炎症を惹き起こし"間質性"脳浮腫(間質液による脳の容積拡大)を誘発する。さらには血管壁自体も炎症を起こし(脳血管炎)、血流の減少を招いて3つ目のタイプの脳浮腫、"細胞障害性"脳浮腫を惹き起こす。この3つの脳浮腫はいずれも頭蓋内圧を上昇させる。急性の場合、これに血圧の低下が重なることが多く、血液が脳に供給されにくくなる結果、脳細胞が酸欠状態に陥ってアポトーシス(自動的な細胞死)に至る。