老年性癡呆患者的腦標本，肉眼觀察變異很大，可呈彌漫性或局限性、對稱性或非對稱性、明顯或不明顯的大腦萎縮。
老年性癡呆的組織病理學特征為老年斑(SP)和神經元纖維纏結(NFTs)，顆粒空泡變性(GD)、平野小體(HB)和神經元減少分別可出現在正常老年人和其他變性疾病患者的腦組織中，但其數量要少得多。SP又稱軸索斑，是神經細胞外的斑塊狀沉積。可以通過鍍銀或免疫組化反應顯示，其核心含有 β-淀粉樣蛋白，并圍繞變性的軸索、樹突突起、類淀粉纖維和膠質細胞及其突起，銀染可將其分為原始型、經典型和燃盡型三種類型。NFTs為第二個組織病理學特征，是含有過磷酸化tau蛋白和泛素的細胞內沉積物，是異常細胞骨架組成的神經元內結構，是微管相關糖蛋白的主要成分。HE染色組織切片可見到 NFTs，銀染或剛果紅染色在偏振光下觀察，也可顯示NFTs。正常老年人顳葉和其他神經系統變性病也可見NFTs，但沒有癡呆患者分布廣泛。