（1）通過蜱的叮咬森林腦炎病毒進入人體，在接觸局部淋巴結或單核-巨噬細胞后，病毒包膜E蛋白與細胞表面受體相結合，然后融合而穿入細胞內，病毒在淋巴結和單核巨噬細胞系統內進行復制。
（2）復制的病毒不斷釋放而感染肝、脾等臟器，感染后3～7天，復制的病毒大量釋放至血液中形成病毒血癥，可表現病毒血癥癥狀，病毒隨血流進腦毛細血管，最后侵入神經細胞，亦可通過淋巴及神經途徑抵達中樞神經系統，產生廣泛性炎癥改變，臨床上表現為明顯的腦炎癥狀。
（3）病毒侵入人體后，在局部淋巴結等單核-吞噬細胞系統中復制后入血，引起病毒血癥，由于特異性抗體的形成，大多數患者呈隱性感染或表現為輕型的不典型病例，僅一小部分患者，病毒進入中樞神經系統而產生病變。
（4）病后15天約10%患者血清中出現中和抗體，可長期存在。補體結合抗體在感染后1個月始出現，半年后明顯下降。血凝抑制抗體出現較早，在血清中存在時間較長。