Die Alzheimer-Demenz ist gekennzeichnet durch einen Untergang von Hirnzellen, der sich in einer Schrumpfung (Atrophie) der betroffenen Hirnregionen äußert. Besonders betroffen ist die Hirnrinde (Cortex) des Stirn-, Schläfen- und Scheitellappens und der Hippocampus. Der Hippocampus ist eine zentrale Schaltstation des limbischen Systems, das u.a. für intellektuelle Leistungen zuständig ist. Im späteren Verlauf ist auch das Marklager mit den Leitungsbahnen der Hirnzellen betroffen. Die Abnahme der Anzahl der Synapsen hängt mit den klinischen Symptomen, die den Verstand betreffen (kognitiv), zusammen. Allerdings stimmt die klinische Symptomatik nicht unbedingt mit dem Ausmaß der erkennbaren Veränderungen überein.

Regelmäßig betroffen ist auch der Nucleus basalis Meynert, ein Kern des zentralen Nervensystems, der direkt mit dem Stirnlappen (frontaler Cortex) verbunden ist. Die verbindenden Leitungsbahnen beinhalten den Botenstoff (Neurotransmitter) Acetylcholin, das bei einer Degeneration des Nucleus basalis Meynert in einer verminderten Konzentration im Gehirn vorliegt. Zusätzlich können weitere Leitungsbahnen mit den Neurotransmittern Noradrenalin und Serotonin betroffen sein, die in den Hippocampus führen. Der Mangel an den genannten Neurotransmitter kann eine Erklärung für einen Teil der Symptome sein.

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