מחלת אלצהיימר מתאפיינת באובדן נוירונים וסינפסות בקליפת המוח ובאזורים מסוימים מתחת לקליפת המוח. אובדן זה מביא לאטרופיה גסה של האזורים המושפעים, כולל ניוון באונה הטמפוראלית ובאונה הטריאוטאלית, ובחלקים של הקליפה הקדמית ובגירוס הסינגולטי. ניוון קיים גם ביצורים של גזע המוח כמו המוקד הקירולאי. מחקרים באמצעות MRI ו- PET תיעדו הפחתה בגודל של אזורים מוחיים ספציפיים באנשים עם אלצהיימר ככל שהם התקדמו מפגיעה קוגניטיבית קלה למחלת אלצהיימר, ובהשוואה לתמונות דומות מבוגרים בריאים. הן שלטי אמילויד והן שלטי נוירופלורי נראים בבירור על ידי מיקרוסקופיה במוחותם של אלה הסובלים על ידי אלצהיימר.
הצטברות של פפטיד בטא-אמילואיד וחומר תאי מחוץ ומסביב לנוירונים