糖尿病神經病變病理改變廣泛，主要可累及周圍神經、自主神經、顱神經，腦及脊髓也可受累。早期表現為神經纖維脫髓鞘和軸突變性。Schwann細胞增生，隨著病程進展，表現為軸突變性和髓鞘纖維消失，在髓鞘纖維變性的同時有再生叢的產生，隨著病變的進展，再生叢密度降低，提示為一種不恰當修復，此種現象尤其在T2糖尿病中常見。有時，糖尿病神經病變的臨床資料和電生理檢查提示為慢性炎癥性脫髓鞘性多神經病變（chronic inflammatory demyelinating polyneuropathy，CIDP），其主要改變是炎性浸潤、脫髓鞘和軸突喪失，與特發性CIDP很難鑒別。自主神經受累時，主要表現為內臟自主神經及交感神經節細胞的變性。微血管受累的表現主要是內皮細胞增生肥大，血管壁增厚、管腔變窄、透明變性，毛細血管數目減少，嚴重者可發生小血管閉塞。腦部病變主要累及腦血管，易發生中風，尤其是腦梗塞，有些可發生腦萎縮和腦硬化。脊髓病變以后索損害為主，主要為變性改變。