胆红素进入脑组织造成胆红素脑病,主要与两个因素有关，一是脂溶性游离胆红素浓度超过阈值而自由透过血脑屏障入脑;二是血脑屏障开放，使已与白蛋白联结的白蛋白-胆红素复合物也能通过开放的血脑屏障入脑。这两个因素在胆红素入脑的机制中起着互相促进的作用，两者相互影响、相互关联。同时也受一些其他因素的影响，如血液酸碱度、缺氧、药物等。
(一) 游离胆红素过高
游离胆红素是指在血中未与白蛋白联结的呈游离状态的未结合胆红素。在血浆中绝大多数未结合胆红素联结在白蛋白上，形成无毒性的白蛋白－胆红素复合物，保证了胆红素在血浆中运输而无毒性表现。只有极少数以游离胆红素形式存在于血浆中，正常情况下游离胆红素浓度少于血清总胆红素浓度的1％。引起游离胆红素增高的因素有：
① 血清间接胆红素增高，超过白蛋白的联结能力；
② 血浆白蛋白浓度降低；
③ 存在与胆红素竞争白蛋白联结位点的物质，即结合部位减少；
④ 酸中毒时使白蛋白与胆红素的联结亲和力下降。
(二) 血脑屏障开放
完整的血脑屏障具有屏障栅栏作用，可限制与白蛋白结合的胆红素等大分子物质进入中枢神经系统，对脑组织有保护作用。当在病理情况下，血脑屏障的完整性受到破坏、通透性增高，使血脑屏障开放时，游离胆红素易于通过血脑屏障。同时与白蛋白联结的胆红素也可通过开放的血脑屏障进入脑组织，但有人认为后者不会引起脑细胞损伤。新生儿血脑屏障的通透性较大，特别容易受损，尤其是未成熟儿。脑干和小脑的血脑屏障对胆红素的通透性大于大脑皮质的血脑屏障。
目前尚没有一种有效的方法能测出新生儿血脑屏障的完整性，故临床上只能结合是否有损害血脑屏障的病理因素存在来综合判断。
导致血脑屏障暂时性、可逆性开放的病理因素主要包括：中枢神经系统感染、缺氧、缺血、pH降低、高碳酸血症、药物(磺胺、维生素K等)、脱水、高血压、高渗透压、败血症等。但脑创伤、肿瘤、重金属中毒、辐射损伤等町造成血脑屏障的不可逆开放。
