Infeksi otak dapat disebabkan oleh virus, bakteri, jamur, atau, terkadang, protozoa atau parasit. Kelompok lain dari gangguan otak, yang disebut spongiform ensefalopati, disebabkan oleh protein abnormal yang disebut prion.
Infeksi otak sering juga melibatkan bagian lain dari sistem saraf pusat, termasuk sumsum tulang belakang. Otak dan sumsum tulang belakang biasanya terlindungi dari infeksi, tetapi jika terinfeksi, konsekuensinya sering kali sangat serius.
Infeksi dapat menyebabkan peradangan otak (ensefalitis). Virus adalah penyebab ensefalitis yang paling umum. Infeksi juga dapat menyebabkan inflamasi lapisan jaringan (meninges) yang menutupi otak dan sumsum tulang belakang—disebut meningitis. Sering kali, meningitis bakteri menyebar ke otak itu sendiri, sehingga menyebabkan ensefalitis. Demikian pula infeksi virus yang menyebabkan ensefalitis sering juga menyebabkan meningitis. Secara teknis, ketika otak dan meninges terinfeksi, gangguan ini disebut meningoensefalitis. Meskipun demikian, infeksi yang terutama memengaruhi meninges biasanya disebut meningitis, dan infeksi yang terutama memengaruhi otak biasanya disebut ensefalitis.
Biasanya pada ensefalitis dan meningitis, infeksi tidak terbatas pada satu area. Hal ini dapat terjadi di seluruh otak atau dalam meninges di seluruh panjang sumsum tulang belakang dan di seluruh otak.
Namun pada beberapa gangguan, infeksi terbatas hanya pada satu area (terlokalisasi) sebagai kantong nanah, yang disebut empiema atau abses, bergantung pada lokasinya:
Empiema terbentuk di dalam ruang yang ada di dalam tubuh, seperti ruang antara jaringan yang menutupi otak (meninges) atau paru-paru.
Abses, yang menyerupai bisul, dapat terbentuk di mana saja di dalam tubuh, termasuk di dalam otak.
Jamur (seperti aspergilli), protozoa (seperti Toxoplasma gondii), dan parasit (seperti Taenia solium, cacing pita babi) dapat menyebabkan terbentuknya kista di otak. Infeksi otak lokal ini terdiri dari sekelompok organisme yang tertutup dalam dinding pelindung.
Terkadang infeksi otak, vaksin, kanker, atau gangguan lain memicu reaksi imun yang salah arah, menyebabkan sistem imun menyerang sel-sel normal di otak (reaksi autoimun). Akibatnya, otak menjadi meradang. Gangguan ini disebut ensefalitis pascainfeksi.
Bakteri dan organisme infeksius lainnya dapat menjangkau otak dan meninges dengan beberapa cara:
Dengan dibawa oleh darah
Dengan memasuki otak langsung dari luar (misalnya, melalui fraktur tengkorak atau saat dilakukan operasi pada otak)
Dengan menyebar dari struktur yang terinfeksi di dekatnya, seperti sinus atau telinga tengah
