Tác nhân gây bệnh thường từ ổ nhiễm tiên phát từ đường hơ hấp trên, phổi, nội tâm mạc, da, chỗ đặt catheter; đơi khi từ các ổ nhiễm cận màng não như viêm xoang, viêm tai giữa, viêm tai xương chũm ... vào máu, vượt qua hàng rào mạch náu não rồi sống được trong dịch não tủy.
Viêm màng não do vi khuẩn xãy ra khi các yếu tố độc sinh bệnh vượt qua cơ chế đề kháng của cơ thể người bệnh. Các cơ chế đề kháng này bao gồm:
- Tác nhân gây viêm màng não kết dính được và định khu trên bề mặt biểu mơ niêm mạc người bệnh.
- Xâm nhập và sống sĩt trong lịng mạch máu. - Vượt qua hàng rào máu não.
- Sống được trong dịch não tủy.
Để kết dính và định khu trên bề mặt biểu mơ niêm mạc, tác nhân gây bệnh phải sản xuất các protease IgA để làm cho các IgA ở đây mất chức năng. Sau khi gắn và xâm nhập được vào biểu mơ niêm mạc, vi khuẩn đi vào và sống trong lịng nội mạch; trong lịng nội mạch vi khuẩn sẽ tìm cách lẫn tránh hệ thống bổ thể lưu hành để khỏi bị tiêu diệt . Nếu vi khuẩn cĩ tiềm năng ái tính với hệ thống thần kinh (như phế cầu, não mơ cầu, HI, E.Coli), thì sẽ tìm cách lọt qua hàng rào máu não vào trong dịch não tủy. Bình thường nồng độ bổ thể trong dịch não tủy thấp, đặc biệt hoạt động của globulin miễn dịch và bổ thể dường như khơng cĩ hiệu quả. Mặc khác hiện tượng opsonine hĩa để tiêu diệt tác nhân gây bệnh tỏ ra kém hữu hiệu ngay cả khi hàng rào máu não bị phá vỡ trong viêm màng não do vi khuẩn. Đây là điều kiện thuận lợi cho các tác nhân gây bệnh khi vượt qua được hàng rào máu não sẽ phát triển và lan tràn rất nhanh. Chính sự lưu thơng liên tục của dịch não tủy kết hợp với sự rối loạn tính thấm của màng não khi bị viêm khiến cho bệnh cảnh lâm sàng của viêm màng não thường diễn biến cấp tính. Nhờ cĩ màng nuơi che chắn nên tác nhân gây viêm khơng xâm nhập trực tiếp vào mơ não, tuy nhiên các phần kế cận màng não cĩ thể xung huyết, phù nề. Nhưng trái lại, khi vi khuẩn đi vào màng não qua dịng máu từ não thì cũng cĩ bệnh cảnh viêm não - màng não.