急性腦膜炎球菌性菌血癥的皮膚瘀點及瘀斑處真皮血管內有纖維蛋白及血小板所組成的血栓。血管內皮細胞腫脹，血管壁發生損傷，甚至壞死，在組織內出現大小不等的出血區。此外，在真皮內可見有嚴重的血管炎，有很多中性粒細胞及核塵，在血管內皮細胞及其四周的中性粒細胞的細胞內外，皆可見到很多Gram陰性腦膜炎雙球菌。
慢性腦膜炎球菌菌血癥皮損的病理改變與急性者完全不同，皮損區無細菌，甚至用直接熒光試驗也不能見到，也無血栓形成或壞死。而血管周圍有大量淋巴樣細胞及少量中性粒細胞浸潤，在瘀點處除血管周圍有限局性出血外，尚有大量中性粒細胞，血管壁內也有纖維蛋白樣物質，以致其組織象與變應性血管炎很相似。