Neuron to komórka nerwowa składająca się z ciała lub somy; występy zwane dendrytami; i włókno nerwowe zwane aksonem. Aksony każdej komórki łączą się z innymi komórkami i służą jako ścieżki w różnych częściach mózgu. Po urazie mózgu uszkodzenie aksonów może nastąpić bezpośrednio pod wpływem siły uderzenia lub w wyniku substancji uwalnianych przez uszkodzone lub umierające komórki. Obrzęk może również spowodować odłączenie aksonów od komórek macierzystych, co prowadzi do większych uszkodzeń. Choroby takie jak stwardnienie rozsiane mogą również powodować degenerację aksonów.
Aby prawidłowo funkcjonować, układ nerwowy opiera się na połączeniach między każdą komórką. Rozlane uszkodzenie aksonów jest jedną z form uszkodzenia aksonów, w której włókna nerwowe są fizycznie odłączone. Dzieje się tak często podczas zderzeń z dużą prędkością, takich jak wypadek samochodowy. Sam uraz może zakłócić komunikację między różnymi częściami mózgu, ponieważ neurony nie są w stanie wchodzić w interakcje. Po urazie, późniejszy obrzęk może spowodować oddzielenie się aksonu od neuronu.
Uszkodzenia aksonów czasami pojawiają się jako część zdarzenia kaskadowego. Po uszkodzeniu komórek nerwowych i odłączeniu aksonów neurony uwalniają wysoki poziom substancji chemicznych, które gromadzą się do poziomu toksycznego. Inne komórki nerwowe umierają, gdy substancje chemiczne przenikną do ich kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA) i wywołają śmierć komórki. Zbyt dużo wapnia może również dostać się do uszkodzonych neuronów i powoduje reakcję obrzęku, która często powoduje uszkodzenie aksonów. Badania medyczne sugerują, że zmniejszając poziom jonów wapnia po uszkodzeniu mózgu, można zmniejszyć śmierć komórek.
Uszkodzenie neuronów występuje również, gdy aksony są rozciągnięte. Jeśli rozciągnie się zbyt szybko, cytoszkielet aksonu może zawieść, co prowadzi do dodatkowego obrzęku i wlewu wapnia do komórki. Reakcje zapalne związane ze stwardnieniem rozsianym prowadzą do uszkodzenia i zwyrodnienia aksonów. Ochronna osłonka mielinowa otaczająca aksony często pozostaje nienaruszona, więc stan może się utrzymywać i wielokrotnie przechodzić w remisję.
Po uszkodzeniu aksonów włókna nerwowe mogą rosnąć, aby zastąpić aksony, ale czasami występują zakłócenia tego delikatnego procesu. Wysoki poziom neuroprzekaźników, brak tlenu lub niewystarczający przepływ krwi do uszkodzonego obszaru mogą niekorzystnie wpływać na regenerację komórek nerwowych. Włókna mogą być również źle skierowane i łączyć się w niewłaściwych obszarach, jeśli aktywność elektryczna w mózgu jest wystarczająco wysoka. Mogą wystąpić poważne, długoterminowe skutki, takie jak drgawki, utrata pamięci i przewlekły ból.