局灶性节段性脱髓鞘性改变是TN的主要病理学变化。通过MVD和三叉神经感觉根部分切断术(Partional sensory resection， PSR)术中获得的标本，以及部分动物实验样本的研究，发现TN的病理变化主要集中在病变压迫所造成的压痕周围。Hilton最早研究了受压神经根的超微结构的病理变化，表现为局灶性的髓鞘缺失，脱髓鞘的轴突紧密接触，少有残存的神经胶质细胞，没有炎性细胞浸润，星形胶质细胞主要集中于病灶的远端。Love等较系统地研究了血管压迫所造成的病理改变，发现慢性脱髓鞘性的改变位于压痕周围不超过2mm的范围内，严格局限于近端中枢神经系统，与周围神经系统的区域相邻。
      主要病变为局灶性节段性脱髓鞘，部分髓鞘受压变薄，相邻裸露轴突紧密接触，神经胶质细胞消失，病灶中极少出现炎性细胞浸润，巨噬细胞少见，轴索常无明显变化。如果病变严重，可伴随有轴索变性、缩短和消失。病程较长时还可能存在复髓鞘现象，表现为较薄的髓鞘，雪旺细胞增生，炎细胞浸润等。
      Rappaport等描述了在细胞外基质中有大量的胶原纤维出现，表明在神经根的远端也有病变存在。Lovel对有多发性硬化的TN患者的病理检查发现，几乎所有的标本均有紧密相邻的轴突，都有数量不等、程度不同的薄髓鞘纤维，分布在脱髓鞘区域或紧邻脱髓鞘的区域。
      与压迫病变稍有不同的是，这部分病理表现为星形胶质细胞较多，在脱髓鞘的区域散在分布，并表现出活动性病变，如出现富含脂质的巨噬细胞。不过，Love也发现少量病例尽管有明显肉眼可见的压痕，但并未观察到脱髓鞘现象，他认为取材可能是主要的原因。在肿瘤压迫所致的TN中，尽管神经明显拉伸或变薄，但脱髓鞘现象并未发现。最近的研究还发现，无血管压迫的病例中，REZ存在与血管压迫病例相似的病理改变，即节段性脱髓鞘伴有复髓鞘现象，并在髓鞘内出现脂质沉积及类固醇结晶。
     此种现象不能用机械性损伤解释，提示在血管压迫外，可能有其他原因间接导致REZ脱髓鞘的发生。由于取材的限制，临床上对REZ远端的病理研究甚少。Burchie1对TN患者三叉神经节的病理研究证实了TN的发病部位主要在周围神经系统。不过REZ部位的压迫对远端神经，包括三叉神经节和神经末梢的影响尚不清楚。
  二、发病机制及相关研究进展
      由于确切的动物模型至今难以建立，TN的发病机制仍不甚明了。对发病机制的阐述主要基于TN脱髓鞘改变的病理基础。由于脱髓鞘及压迫的原因，相邻无髓鞘的轴突紧密接触，触觉和痛觉的纤维间的假突触传递得以建立。脱髓鞘部位的自发性兴奋或对扳机点的轻触觉所诱发的兴奋，会通过假突触性传递方式传递给相邻的伤害性感受器的轴突，并且这种兴奋在轴突间通过假突触性串扰(cross-talk)的方式互相传递并迅速积累放大，从而诱发一次伤害感受器的爆发性冲动，产生疼痛。
     实验证明脱髓鞘的轴突有产生异位冲动的特性，动脉性压迫易造成TN应该与动脉的搏动性易诱发冲动有关，而假突触性传递在TN的发病机制中起着重要的作用。但这种冲动究竟是起源于病灶附近还是面部的感觉神经末梢，非伤害性的触觉又是如何导致伤害性的冲动的具体过程，目前仍不清楚。
       感觉神经元在受损后处于易兴奋状态，具有了在异常位点自发产生冲动的趋势，脱髓鞘的轴突自身对哪怕是小于1cm的轻微变形都极为敏感，Dever等据此进一步提出了点火假说(ignition hypothesis)，认为在TN患者的脱髓鞘斑或其附近、断离轴突的远端及感觉神经节轴突化的胞体存在数量丰富的异位兴奋位点(pacemaker  site)，该兴奋点处于低阈值、易兴奋状态，能自主地或在细微的、 非伤害性刺激时产生冲动， 另一些位点则是静息的，但具有一个微触阈，在瞬间刺激下引发一个持续数十秒的自发性点火过程，称后释放(afterdischarge )。并且这一过程由于神经元间的正反馈作用而得到增强。神经元间的假突触性的串扰(ephaptic  crosstalk)，电流从一个神经元直接兴奋相邻的神经元)和交互性后释放(crossed afterdischarge)传入性冲动诱发的非突触性释放神经递质和／或K+至间隙兴奋邻近神经元)，造成感觉神经纤维的同步化后释放，使伤害性冲动被放大从而引发一个爆发性的去极化过程。
 　　  上述异常的神经元间的传递机制还使得非伤害性的触觉冲动自Aβ类传入纤维传递至伤害性感受器，从而产生痛觉。对TN病因及发病机制的解释由于三叉神经微血管减压术的良好近远期疗效而得到支持。Love认为，在压迫解除后，首先是裸露的轴突之间的直接接触不复存在，神经冲动的非突触传递消失，因而手术后疼痛症状即刻消失，这与压迫机制是非常相符的。另外，由于较大直径的纤维束对压迫极为敏感，随压迫的解除，这部分传递正常冲动的纤维束的功能得以恢复，正常冲动抑制了异常冲动的产生和传递，也是原因之一。MVD的良好疗效使得压迫机制得以佐证。因为复髓鞘的过程较长，因此不是MVD有效的原因。但复髓鞘可能对防止术后复发有益，且可能是部分病例自愈的原因。