发病与胆红素化学特性有关。
未与白蛋白联结的未结合胆红素呈游离状态，分子量小，能通过血脑屏障（blood brain barrier,BBB），进入脑细胞后可使脑细胞内的线粒体氧化磷酸化的偶联作用脱节，即解偶联作用。因此脑细胞的能量产生受到抑制，使脑细胞受损。Mirra等??BBB的通透性随血清胆红素增高而增加，胆红素可能降低细胞表面张力及对脑毛细血管内皮细胞壁的毒性作用，使BBB通透性增加。
与白蛋白联结的未结合胆红素、是脂溶血性的白蛋白复合体，分子量大，不能通过BBB和细胞膜，但近年认为在缺氧、感染、脱水、低血糖、酸中毒及高张输液等的影响下，BBB可暂时开放，使大分子与白蛋白联结的未结合胆红素也能进入脑组织，累及较广泛的部位。当血液中有仙阴离子增高或pH下降时，也可成为游离胆红素而透过细胞膜，进入含有丰富磷脂的神经细胞形成胆红素脑病。
与肝细胞内的葡萄糖醛酸结合成为结合胆红素是水溶性的，能通过肝、肾排泄、不引起胆红素脑病。
胆红素脑病几乎仅发生于新生儿时期，主要由于下列因素：
1、酶系统不成熟 肝细胞不能有效地将未结合胆红素结合成结合胆红素。
2、严重的高胆红素血症 较多见，如新生儿溶血病，先天性非溶血性黄疸（克一纳氏综合征），以及药物中毒（维生素K3）等，均可使未结合胆红素增高。
3、血脑屏障功能较差 未结合胆红素易于通过而与脑组织结合，早产儿更差，各种感染、窒息缺氧因素可影响BBB栅栏作用的完整性。
4、血浆白蛋白含量较低 附着未结合胆红素的能力有限。
5、酸中毒 新生儿患病易发生酸中毒，可促使BBB开放，使细胞摄取红素增加。
6、夺取白蛋白联结使胆红素游离 外耕牛性有磺胺异?f唑、水杨酸盐、苯甲酸钠、新生霉素，先锋霉素、新型青霉素Ⅱ、消炎痛等，内源性有正铁血红素、胆酸和饥饿、低血糖或寒冷刺激时体内游离脂肪酸增高等。
一般情况下，新生儿胆红素脑病，每个疾病的发展阶段，有不同的症状。
1.警告期：症状为嗜睡、吸吮反射减弱、肌肉紧张、偶尔出现尖叫声、呕吐等症状，大部分症状持续12-24个钟头。2.痉挛期：轻度的新生儿只有两只眼睛注视，有阵发性肌肉紧张；严重的病人，双手握拳，前臂内翻，角弓反张，或发出尖锐的叫声，大约12-48个钟头。
3.恢复期：多数在第一个星期开始，开始有逐渐的恢复对外部环境的反映，接着抽搐逐渐减轻，直至完全消失。
4.后遗症期：一般发生在新生儿出生2个多月以后，主要症状是肢体徐动，眼球运动障碍，耳聋，智力障碍，或牙釉质的生长。
一般情况下，新生儿胆红素脑病需要做头颅MRI、脑干听觉诱发电位、其它检查等。
1.头颅MRI：如果做了头颅MRI，核磁T1加权像上双侧苍白球对称性高信号，后遗症可能会表现为T2加权像上苍白球对称性高信号，且呈现为双侧。
2.脑干听觉诱发电位：当胆红素沉积于神经细胞时，容易导致脑干听觉诱发电位异常改变，该检查是以高频为主的短声刺激下诱发出的神经电位，有利于发现新生儿听觉传导通路损害的情况。
3.其它检查：如果存在新生儿胆红素脑病，可能需要做神经电生理检测、肝功能检查等其它检查。
新生儿胆红素脑病早期症状有反应低下、嗜睡、肌张力减弱、活动减少或者吸吮力减弱，偶尔也会有轻微的高调的哭声等表现。有些孩子可能仅仅表现为吃奶比之前略微减少，睡得可能要比之前多一些。
新生儿胆红素脑病需要及时的去医院做一下检查，然后做针对性治疗，放血疗法是治疗胆红素脑病最快最有效的一种方法，药物治疗是减少胆红素，预防发生，定期去儿童的那类医院做一下检查。
新生儿胆红素脑病，最常受累的区域是基底节，可能是出生早期胆红素产生过多、血浆白蛋白水平低下等原因导致的。具体分析如下：
1、如果新出生早期胆红素产生过多，生儿肝脏未成熟，处理胆红素的能力有限，使得过多胆红素与未血清结合，容易形成胆红素脑病。
2、如果血浆白蛋白水平低下，游离胆红素增加，胆红素更易透过血脑屏障，从而导致胆红素脑病。
新生儿由于胆红素毒性作用所致的急性脑损伤。胆红素脑病几乎仅仅发生在新生儿时期，症状表现有轻有重，严重者可表现为核黄疸，轻者可不出现临床症状，但在脑干诱发电位等辅助检查则可发现异常表现。