新生儿缺氧缺血性脑病使脑组织的生化代谢发生一系列的改变，包括无氧酵解增加，乳酸堆积，导致低血糖和酸中毒；ATP产生不足，钠、钙离子进入细胞内，引起脑细胞水肿，并影响酶的活性，而进一步破坏脑细胞膜的完整性和通透性；ATP降解产生的次黄嘌呤，再灌注时在氧化酶的作用下可产生氧自由基；脑缺氧时兴奋性氨基酸增加，可造成钠、钙离子内流，诱发上述生化反应，并可阻断线粒体的磷酸化氧化作用，引起细胞凋亡增加。