神經膠質增生性硬化結節廣泛發生于大腦皮質、白質基底節和室管膜下，常伴鈣質沉積可出現異位癥及血管增生等。

　　結節性硬化癥腦部的病理變化為大腦皮質有很多硬實的結節，白質內有異位細胞團，腦室壁內亦有小結節皮質結節的數目為1～40個不等，以額葉為最多，但也可發生于丘腦、基底節小腦腦干和脊髓結節大小不一，有的直徑可超過3cm而表現為巨腦回畸形。

　　組織學檢查結節由非常致密的細膠元纖維組成，內含形態異常的膠質細胞以及正常或不典型的神經元。結節內可有鈣鹽沉積或發生囊性變正常的皮質結構常發生紊亂。腦室室管膜下的小結節突入室內，呈閃亮白色，質地堅硬，形成所謂的“燭淚”征有時可阻塞腦脊液循環通路而引起腦積水白質內的異位細胞核團也是由于膠質細胞和變形的神經節細胞所組成，神經纖維較少主要分布在腦室壁和大腦皮質之間

　　腦部病損一般無惡性變的可能。皮膚的皮脂腺瘤是由過度增生的皮脂腺，結締組織和擴張的毛細血管所組成。

　　本病常可伴有視網膜膠質瘤，心臟和腎臟腫瘤或畸形。尚發現有甲狀腺胸腺、乳腺胃腸、肝脾、胰腺、腎上腺卵巢、膀胱和子宮等器官的腫瘤。