腮腺炎病毒首先侵入上呼吸道及眼结合膜，在局部粘膜上皮组织中大量增殖后时入血循环（初次病毒血症），经血流累及腮腺及一些组织，在这些器官中进行增殖后，再次入血（二次病毒血症）波及涎腺、睾丸、卵巢、胰腺、肝脏及中枢神经系统等。本病毒对腮腺有特别亲合力，故腮腺的非化脓性炎症为主要病变。其腺体呈肿胀发红、渗出、出血性病灶和白细胞浸润。腺上皮水肿、坏死，腺泡间血管有充血现象。腮腺导管呈卡他性炎症，导管周围及腺体间质中有浆液纤维蛋白性渗出及淋巴细胞浸润，往往引起腺管组织堵塞，内压增加，导致腺体肿大。涎腺、睾丸、卵巢、胰腺亦可有类似炎症改变。腮腺导管部分阻塞时，唾液中潴留淀粉酶可经淋巴系统进入血循环，并从尿中排泄，导致血清与尿淀粉酶增高。脑组织病变可呈急性病毒性脑膜炎病变，包括神经细胞变性、坏死和炎性浸润；偶见室管细胞坏死，结疤使大脑导水管狭窄，形成颅内积水。青春期患者易并发睾丸炎。睾丸曲精管上皮显著充血，有出血斑点及淋巴细胞浸润。在间质可见水肿，浆液纤维蛋白性渗出物。