脳の感染症は、ウイルス、細菌、真菌のほか、ときに原虫や寄生虫によって引き起こされます。別の種類の脳疾患として、プリオンと呼ばれる異常なタンパク質によって引き起こされる海綿状脳症という病気もあります。
脳の感染症が起こると、しばしば中枢神経系のほかの部位（脊髄など）も侵されます。通常、脳や脊髄は感染から保護されていますが、いったん感染が起こると、しばしば非常に重篤な状態に陥ります。
感染症により、脳の炎症（脳炎）が起こることがあります。ウイルスが脳炎の最も一般的な原因です。感染症はまた、髄膜（脳と脊髄を覆う組織層）の炎症を引き起こすこともあり、その状態を髄膜炎と呼びます。細菌性髄膜炎はしばしば脳自体に広がり、脳炎を引き起こします。同様に、脳炎の原因になったウイルス感染によって髄膜炎が起こることもよくあります。脳と髄膜の両方に感染が起きた病態は、厳密には髄膜脳炎と呼ばれます。しかし通常は、主として髄膜に生じた感染症を髄膜炎、主として脳に生じた感染症を脳炎と呼んでいます。
脳炎や髄膜炎では通常、感染は1つの領域にとどまりません。感染が脳全体に及んだり、脊髄の全長と脳全体を覆っている髄膜の中に及んだりすることがあります。
しかし、膿がたまった1カ所に感染が限定される（限局する）場合もあり、その部位によって蓄膿または膿瘍と呼ばれます。
アスペルギルス（コウジカビ）などの真菌、トキソプラズマ原虫などの原虫、有鉤条虫Taenia soliumなどの寄生虫が、脳内に嚢胞が形成される原因になることがあります。これらの限局性の脳感染症は、病原体の集まりが保護壁の中に閉じ込められたものです。
ときに、脳の感染症、ワクチン、がん、その他の病気により誤った免疫応答が引き起こされることで、免疫系が脳内の正常な細胞を攻撃してしまうことがあります（自己免疫反応）。その結果、脳に炎症が起こります。この病気は感染後脳炎と呼ばれます。
細菌やその他の感染性微生物は、以下のようないくつかの経路で脳や髄膜に到達します。
血流に乗って運ばれる
体外から脳に直接侵入する（例えば、頭蓋骨の骨折部位を介して、または脳の手術中など）
副鼻腔や中耳など、感染した近くの構造から広がる
