脑膜炎球菌从上呼吸道进入人体后，其发病过程取决于人体的免疫状态，大多数情况下病原菌只在鼻咽部生长繁殖，而无临床症状（带菌状态），部分可出现上呼吸道轻度炎症，出现流涕、咽痛、咳嗽等症状，而获免疫力。如人体免疫力低下或病菌毒力强时，细菌可经鼻咽部黏膜进入血液循环，部分感染者表现为暂时性菌血症，出现皮肤黏膜出血点，仅极少数感染者发展为败血症，出现恶寒、发热、头痛、肌肉酸痛等急性感染症状，并出现迁徙性病灶如脑膜炎、关节炎、心肌炎、心包炎、肺炎等，其中以脑膜炎最多见。

感染后机体可很快产生对荚膜抗原及非荚膜抗原的杀菌抗体和调理素抗体，抗荚膜多糖抗体是主要的杀菌抗体，有群特异性，而外膜抗原诱生的抗体也有杀菌作用，并可作用于异群同型的细菌，故流脑很少第二次发病。

引起脑膜炎和暴发性脑膜炎的物质主要是细菌释放的内毒素。内毒素刺激脑血管内皮细胞、巨噬细胞、星形细胞、胶质细胞等分泌多种炎性介质，如肿瘤坏死因子（TNF）、白细胞介素等，这些因子（尤其是TNF）使血管内皮细胞产生并释放中性粒细胞趋化因子，使粒细胞粘附于内皮细胞并释放蛋白溶解酶，破坏内皮细胞间的联接，导致血–脑脊液屏障渗透性增高，颅内压增高，脑水肿加重。

患者皮肤黏膜淤点淤斑，一般认为是细菌繁殖和裂解后释放大量内毒素所引起的，但内毒素也可以引起休克和DIC，淤斑与休克和DIC有相互促进作用。