當大腦缺氧的時候，會造成腦血管無法正常的收縮以及舒張，從而導致腦供血不足，這種情況便會引起抽搐。另外，大腦缺氧的時候會造成腦細胞代謝紊亂，以及離子通道出現異常等現象，也會造成抽搐。

腦組織細胞在缺氧的狀態下，腦血管自動調節機能喪失，不能有效的正常收縮和舒張，導致腦血流量減少。還可以影響微循環，導致微血管管腔狹窄，微循環灌注受限，由于腦細胞代謝紊亂，血腦屏障遭到破壞，可以出現細胞內或者血管源性腦水腫，病變常常位于血管遠端的皮層支，導致大腦皮層神經元細胞功能障礙。細胞在缺血缺氧狀態下，能量會大量的耗竭，會影響細胞內外膜的穩定性，細胞膜離子通道出現病變，其中鈉離子、鉀離子、鈣離子通道與癲癇相關性的研究較為明確。因此在細胞內外離子濃度改變的同時，誘發神經元的異常興奮，出現癲癇發作。