腮腺炎病毒首先侵入上呼吸道及眼結合膜，在局部粘膜上皮組織中大量增殖后時入血循環(初次病毒血癥)，經血流累及腮腺及一些組織，在這些器官中進行增殖后，再次入血(二次病毒血癥)波及涎腺、睪丸、卵巢、胰腺、肝臟及中樞神經系統等。
本病毒對腮腺有特別親合力，故腮腺的非化膿性炎癥為主要病變。其腺體呈腫脹發紅、滲出、出血性病灶和白細胞浸潤。腺上皮水腫、壞死，腺泡間血管有充血現象。腮腺導管呈卡他性炎癥，導管周圍及腺體間質中有漿液纖維蛋白性滲出及淋巴細胞浸潤，往往引起腺管組織堵塞，內壓增加，導致腺體腫大。
涎腺、睪丸、卵巢、胰腺亦可有類似炎癥改變。腮腺導管部分阻塞時，唾液中潴留淀粉酶可經淋巴系統進入血循環，并從尿中排泄，導致血清與尿淀粉酶增高。
腦組織病變可呈急性病毒性腦膜炎病變，包括神經細胞變性、壞死和炎性浸潤;偶見室管細胞壞死，結疤使大腦導水管狹窄，形成顱內積水。青春期患者易并發睪丸炎。睪丸曲精管上皮顯著充血，有出血斑點及淋巴細胞浸潤。在間質可見水腫 ，漿液纖維蛋白性滲出物。