癫痫发作的病理基础是大脑神经元异常、同步化放电所致。多数癫痫患者的脑组织存在结构性或功能性病变，即所谓的“癫痫病灶”。

在癫痫病灶中，神经病理改变主要包括限局性硬化、限局性瘢痕（如感染或外伤后）、脑膜粘连、新生物等。这些病变导致局部脑组织崩解、供血障碍、神经细胞外液成分改变及组织结构紊乱，进而影响细胞的生理功能、生物化学结构和新陈代谢，为局部神经元电生理异常奠定基础。

典型的大脑皮层癫痫病灶由中心区和环形中间带构成。中心区因瘢痕组织和胶质细胞增生，神经元丧失，无电活动；而环形中间带的神经细胞数目减少，因供血不足及代谢紊乱发生变性，具有过度兴奋性，产生异常电活动，即癫痫放电区域。这些异常放电通过周围正常脑组织传播，最终引发癫痫发作。