Le syndrome de Guillain-Barré est caractérisé morphologiquement par une démyélinisation aiguë du système nerveux périphérique prédominant sur les racines médullaires et pouvant affecter de façon multifocale, plus ou moins diffuse, le reste du système nerveux périphérique. Les observations autopsiques ont montré la présence d'infiltrats inflammatoires périvasculaires faits de cellules mononucléées. accompagnant les lésions de démyélinisation. A la partie distale du système nerveux périphérique les lésions inflammatoires sont plus rares. La démyélinisation segmentaire des fibres nerveuses qui accompagne ces lésions inflammatoires est caractérisée par la pénétration de macrophages dans des gaines de myéline d'apparence normale. La myéline des segments concernés va être rapidement détruite, phagocytée et emportée par les macrophages. Les axones débarassés de leurs débris vont être remyélinisés, après prolifération des cellules de Schwann. Si l'affection est monophasique, l'ensemble du processus peut s'étendre sur 2-3 semaines, permettant une remyélinisation et une récupération fonctionnelle rapide. Dans les formes prolongées, les poussées démyélinisantes, la non remyélinisation ou la présence de lésions axonales peuvent retarder la récupération. Le mécanisme et le retentissement des lésions axonales qui accompagnent à un degré variable les lésions démyélinisantes, et qui parfois prédominent. sont discutés.