Napad występuje, gdy część mózgu staje się nadmiernie podekscytowana lub gdy nerwy w mózgu zaczynają razem działać w nienormalny sposób. Aktywność napadowa może pojawić się w obszarach mózgu, które są zniekształcone w wyniku wad wrodzonych lub zaburzeń genetycznych lub są uszkodzone w wyniku infekcji, urazów, guzów, udarów lub niedostatecznego natlenienia. Patofizjologia napadów padaczkowych wynika z nagłego braku równowagi między siłami, które pobudzają i hamują komórki nerwowe, tak że siły pobudzające mają pierwszeństwo. Ten sygnał elektryczny następnie rozprzestrzenia się do otaczających normalnych komórek mózgowych, które zaczynają działać zgodnie z nieprawidłowymi komórkami. W przypadku przedłużających się lub nawracających napadów trwających przez krótki okres, ryzyko przyszłych napadów wzrasta wraz z obumieraniem komórek nerwowych, tworzeniem się tkanki bliznowatej i kiełkowaniem nowych aksonów.
Komórki nerwowe między wyładowaniami zwykle mają ładunek ujemny wewnętrznie, ze względu na aktywne wypompowywanie dodatnio naładowanych jonów sodu z komórki. Rozładowanie lub odpalenie komórki nerwowej obejmuje nagłą fluktuację ładunku ujemnego w ładunek dodatni, gdy jony otwierają się do komórki, a jony dodatnie, takie jak sód, potas i wapń, wpływają do komórki. Zarówno pobudzające, jak i hamujące mechanizmy kontrolne działają tak, aby umożliwić odpowiednie odpalenie i zapobiec niewłaściwemu wzbudzeniu komórki. Patofizjologia napadów może wystąpić z powodu zwiększonego pobudzenia komórki nerwowej, zmniejszonego hamowania komórki nerwowej lub połączenia obu czynników.
Normalnie po odpaleniu komórki nerwowej wpływy hamujące zapobiegają powtórnemu odpaleniu neuronu, dopóki wewnętrzny ładunek neuronu nie powróci do stanu spoczynku. Kwas gamma-aminomasłowy (GABA) jest główną substancją hamującą w mózgu. GABA otwiera kanały dla ujemnie naładowanych jonów chlorkowych, które wpływają do wzbudzonego neuronu, co zmniejsza ładunek wewnętrzny i zapobiega ponownemu pobudzeniu komórki nerwowej. Większość leków przeciwpadaczkowych zmniejsza patofizjologię napadów poprzez zwiększenie częstotliwości otwierania kanałów chlorkowych lub wydłużanie czasu, w którym kanały są otwarte. Kiedy dochodzi do zakłóceń w komórkach wydzielających GABA lub miejscach receptorowych dla GABA, dochodzi do awarii kanałów chlorkowych, które nie otwierają się i nie łagodzą pobudliwości komórki nerwowej.
Równie istotne w patofizjologii napadów są mechanizmy prowadzące do zwiększonego wzbudzenia neuronów. Glutaminian jest głównym pobudzającym mediatorem chemicznym w mózgu, który wiąże się z receptorami otwierającymi kanały dla sodu, potasu i wapnia w komórce. Niektóre dziedziczne formy napadów mają skłonność do nadmiernie częstej lub długotrwałej aktywacji receptorów glutaminianu, zwiększając pobudliwość mózgu i perspektywę napadów padaczkowych. Ponadto, ciągłe rozprzestrzenianie się aktywności elektrycznej wzdłuż warstwowych części mózgu może zachodzić z komórki do komórki, niechemiczna forma propagacji, która nie podlega regulacji przez mechanizmy hamujące.
Leczenie patofizjologii napadów ma na celu nie tylko nieprawidłowości molekularne dotyczące kanałów jonowych w komórkach nerwowych, ale także niechemiczne rozprzestrzenianie się wzbudzenia w mózgu. Benzodiazepiny, takie jak Valium i barbiturany, takie jak fenobarbital, otwierają hamujące kanały chlorkowe. Fenytoina lub Dilantin zapobiegają powtarzającemu się wypalaniu neuronów poprzez zamykanie kanałów sodowych w komórkach nerwowych. W sytuacjach źle zarządzanych nawracających napadów halotan może zapobiegać niechemicznemu przekazywaniu impulsów nerwowych. Dodatkowo insulina i sterydy zmieniają funkcję receptorów glutaminianu, tłumiąc pobudliwość mózgu.