化脓性脑膜炎致病菌可通过多途径侵入脑膜，最常见的途径是通过血流，即菌血症抵达脑膜微血管。当儿童免疫防御功能降低时，细菌通过血-脑屏障到达脑膜。致病菌大多由上呼吸道入侵血流，新生儿的皮肤胃肠道黏膜或脐部也常是感染的侵入门户；此外还可通过邻近组织器官感染（鼻窦炎、中耳炎、乳突炎）扩散波及脑膜；与颅腔形成直接通道（颅骨骨折、皮肤窦道、脑脊液膨出），细菌直接进入蛛网膜下腔。在细菌毒素和多种炎症相关细胞因子作用下发生炎性反应。