Das Zentrale Nervensystem, das sich aus Gehirn und Rückenmark zusammensetzt, besteht aus Millionen von Nervenzellen, die über feinste Nervenfasern miteinander verbunden sind. In den Nervenzellen entstehen elektrische Signale, die von der Peripherie wieder über die Nervenfasern zum Gehirn und zurück geleitet werden. Eine Fettsubstanz (Myelin) umgibt diese Fasern wie eine Schutzhülle. Bei MS entzündet sich das Myelin, schwillt an und löst sich von den Nervenfasern. Das abgelöste Myelin wird schließlich zerstört. Über den Fasern bildet sich dann verhärtetes (sklerosiertes) Narbengewebe. Weil viele (multiple) Narben entstehen, heißt die Krankheit Multiple Sklerose. Erreichen Nervenimpulse die geschädigten Stellen, wird einigen Impulsen der Weg völlig versperrt, oder sie gelangen nur mit Verzögerung zum Gehirn.
Die entzündlichen Prozesse entstehen von Beginn an in bestimmten Regionen des Zentralen Nervensystems. Vom frühen Krankheitsstadium an bis über Jahre schreiten Schädigungen oder Verluste von Nervenfasern (Axone) schleichend fort – sogar während der schubfreien Zeiten. Die Schäden an den Nervenfasern werden erst später sichtbar.