老年性痴呆患者的脑标本，肉眼观察变异很大，可呈弥漫性或局限性、对称性或非对称性、明显或不明显的大脑萎缩。
老年性痴呆的组织病理学特征为老年斑(SP)和神经元纤维缠结(NFTs)，颗粒空泡变性(GD)、平野小体(HB)和神经元减少分别可出现在正常老年人和其他变性疾病患者的脑组织中，但其数量要少得多。SP又称轴索斑，是神经细胞外的斑块状沉积。可以通过镀银或免疫组化反应显示，其核心含有 β-淀粉样蛋白，并围绕变性的轴索、树突突起、类淀粉纤维和胶质细胞及其突起，银染可将其分为原始型、经典型和燃尽型三种类型。NFTs为第二个组织病理学特征，是含有过磷酸化tau蛋白和泛素的细胞内沉积物，是异常细胞骨架组成的神经元内结构，是微管相关糖蛋白的主要成分。HE染色组织切片可见到 NFTs，银染或刚果红染色在偏振光下观察，也可显示NFTs。正常老年人颞叶和其他神经系统变性病也可见NFTs，但没有痴呆患者分布广泛。