Алцхајмеровата болест се карактеризира со две протеински абнормалности, како и дисфункција и губење на нервните клетки претежно во темпоралниот и париеталниот лобус. Протеинските абнормалности вклучуваат:
1. ненадејно таложење на β-амилоид надвор од нервните клетки. Ова се рефлектира во депозитите на β-амилоид на снимката со позитронска емисиона томографија (ПЕТ) и помала од нормалната концентрација на β-амилоид во цереброспиналната течност (достапна преку лумбална пункција);
2. акумулација на тау во нервните клетки што исто така може да се визуелизира со ПЕТ слика и резултира со покачена концентрација на тау во цереброспиналната течност. Двете протеински промени не се специфични за Алцхајмерова болест, бидејќи се јавуваат и кај други мозочни заболувања, на пр. кај болест на Левиеви телца и фронтотемпорални дегенерации. Дисфункцијата на нервните клетки може да се покаже со намалена потрошувачка на гликоза на типични локации на ПЕТ-слики. Губењето на нервните клетки доведува до намалување на одредени делови од мозокот, особено на хипокампусот. Намалената големина на хипокампусот може да се докаже со магнетна резонанца (МРИ). Невродегенеративниот процес на Алцхајмеровата болест започнува многу години пред почетокот на симптомите. На прво место е таложењето на β-амилоид, проследено со насобирање на тау во неврофибриларни заплеткувања, намален метаболизам на гликоза и нарушување на епизодичката помнење.
