糖尿病性神经病变的发病机制至今尚未完全阐明，公认血糖过高是一个重要因素。起病初主要是与高血糖有关的代谢性神经病，其次是血管性病变。但血糖的控制与神经病情并不一致，说明存在其它因素。由于其临床表现的多样化，用单因素学说难以圆满解释。

糖尿病性神经病变可为糖尿病性多发神经病，既可见轴索变性，亦可见节段性脱髓鞘的混合性损害，以轴索变性为主，细神经纤维受累显着。病程较久的慢性患者，有髓纤维明显减少。神经膜细胞内类脂小体增多，其基底膜及神经束膜增厚。可累及自主神经，可见交感神经链的节细胞增大、变性，有髓纤维数量减少，内脏大神经曾见节段性脱髓鞘。

单神经病或复发性单神经病，包括近端糖尿病性神经病、躯干神经根病、上肢单神经病、第Ⅲ脑神经病等。为神经的营养血管性病变，特别是小动脉和毛细血管的基底膜增厚，内皮细胞增生，血管壁内有脂肪和多糖类沉积，致使管腔狭窄。

另外，血粘滞度增高，神经的滋养血管易被纤维蛋白和血小板聚集物堵塞。尤其后一阶段是髓磷脂纤维变性，与局部缺血有关。糖尿病性肌萎缩主要为血管性因素。可能由于感染（免役）性血管炎而致神经纤维缺血后变性。

慢性糖尿病产生神经纤维、血管、间质细胞和神经膜鞘的结构变化。轴突营养不良和变性、脱髓鞘，神经纤维丢失严重，毛细血管病变，间质细胞增生，神经鞘膜囊增厚。多种因素相互作用下，在不同时期产生神经结构和功能的紊乱。