मस्तिष्क का प्रभावित होना किसी वायरल संक्रमण के सबसे गंभीर परिणामों में से एक है। कई वायरस परिवारों में मस्तिष्क के ऊतकों पर आक्रमण करने और दोहराने की क्षमता होती है, लेकिन सौभाग्य से गंभीर मस्तिष्क संक्रमण दुर्लभ होते हैं। चिकित्सकीय दृष्टि से वायरस से होने वाली न्यूरोलॉजिकल बीमारियों को तीव्र और क्रोनिक सिंड्रोम में विभाजित किया जा सकता है। यह विकृति या तो मस्तिष्क की कोशिकाओं में वायरस के गुणन के कारण हो सकती है या मेजबान की प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया के कारण हो सकती है - संक्रामक एन्सेफेलो-माइलाइटिस के बाद।
मस्तिष्क को संक्रमित करने वाले वायरस या तो रक्त प्रवाह के माध्यम से या परिधीय तंत्रिकाओं के माध्यम से फैलकर केंद्रीय तंत्रिका तंत्र तक पहुंच सकते हैं। मस्तिष्क का स्पर्शोन्मुख संक्रमण आम है। जहां कोई वायरस सीधे मस्तिष्क को संक्रमित करता है, उसे आमतौर पर या तो मस्तिष्क के ऊतकों से या मस्तिष्कमेरु द्रव से अलग किया जा सकता है। पोस्ट-संक्रामक सिंड्रोम के मामले में ऐसा नहीं है।