Η παθοφυσιολογία αναφέρεται σε αλλαγές στις φυσιολογικές βιοχημικές, μηχανικές και φυσικές διεργασίες του σώματος. Η παθοφυσιολογία της νόσου του Πάρκινσον αναφέρεται σε φυσικές και βιοχημικές αλλαγές στον εγκέφαλο, οι οποίες με τη σειρά τους προκαλούν ορατή μη φυσιολογική μηχανική και φυσική λειτουργία σε όλο το υπόλοιπο σώμα. Οι χαρακτηριστικοί τρόμοι που σχετίζονται με τη νόσο του Πάρκινσον είναι ένα παράδειγμα αυτού. Αν και οι παράγοντες που επηρεάζουν και συμβάλλουν μπορεί να διαφέρουν μεταξύ της πρώιμης έναρξης, της νεανικής και της τυπικής νόσου του Πάρκινσον, η παθοφυσιολογία της νόσου του Πάρκινσον είναι κυρίως η ίδια.
Βαθιά μέσα στον εγκέφαλο βρίσκεται ένα σύμπλεγμα δομών που είναι γνωστά ως βασικά γάγγλια, που μεταφράζονται ως «δομές βάσης» και περιλαμβάνουν το globus pallidum internus, το πουταμένιο και τον κερκοφόρο πυρήνα. Αυτές οι δομές είναι εν μέρει υπεύθυνες για τον έλεγχο της εθελοντικής μετακίνησης. Δίπλα στα βασικά γάγγλια βρίσκεται η μέλαινα ουσία, μια περιοχή του εγκεφάλου που περιέχει νευρικά κύτταρα που παράγουν τη χημική ουσία ντοπαμίνη. Η ντοπαμίνη είναι ένας νευροδιαβιβαστής που μεταδίδει μηνύματα ή σήματα μεταξύ των νευρικών κυττάρων.
Το ραβδωτό σώμα είναι γκρίζες και λευκές λωρίδες ιστού που βρίσκονται εντός του κερκοφόρου πυρήνα και του κοίλου και συνδέονται με τη μέλαινα ουσία. Η ντοπαμίνη που παράγεται στη μέλαινα ουσία μεταδίδεται κατά μήκος του συνδετικού ιστού και απελευθερώνεται στο ραβδωτό σώμα. Αυτή η διαδικασία είναι απαραίτητη για την ομαλή, ελεγχόμενη, συντονισμένη και εκούσια μυϊκή κίνηση.
Η νόσος του Πάρκινσον είναι μια διαταραχή της παραγωγής ντοπαμίνης, η οποία έχει ως αποτέλεσμα μειωμένη και αναποτελεσματική νευροδιαβίβαση, ή μετάδοση μηνυμάτων, μεταξύ των εγκεφαλικών κυττάρων. Αναγκάζει τα νευρικά κύτταρα να πυροδοτούν ακανόνιστα και ακατάλληλα, με αποτέλεσμα ανεξέλεγκτη, ακούσια κίνηση και μυϊκή ακαμψία. Η παθοφυσιολογία της νόσου του Πάρκινσον ξεκινά με τον θάνατο ή την εξασθένηση των κυττάρων που παράγουν ντοπαμίνη στη μέλαινα ουσία.
Η παθοφυσιολογία της νόσου του Πάρκινσον χαρακτηρίζεται επίσης από την παρουσία σωμάτων Lewy στον εγκέφαλο και συγκεκριμένα στη μέλαινα ουσία. Τα σώματα Lewy είναι μη φυσιολογικές δομές πρωτεΐνης που βρίσκονται στον εγκέφαλο. Αποτελούν χαρακτηριστικό γνώρισμα της νόσου του Πάρκινσον και περιέχουν την πρωτεΐνη αμινοξέος α-Συνουκλεΐνη. Σε φυσιολογική κατάσταση σε φυσιολογικά επίπεδα, η λειτουργία αυτής της πρωτεΐνης είναι να ρυθμίζει τη δραστηριότητα των μεταφορέων ντοπαμίνης. Σε μη φυσιολογικά επίπεδα ή σε μεταλλαγμένη κατάσταση, όπως στα σώματα Lewy, θα συμβάλει στον κυτταρικό θάνατο και δυσλειτουργία.
Τόσο τα σώματα Lewy όσο και η α-Συνουκλεΐνη είναι σημαντικά για την παθοφυσιολογία της νόσου του Πάρκινσον όταν εμφανίζεται σε άτομα ηλικίας κάτω των 40 ετών και σε κληρονομικές περιπτώσεις. Δύο μεταλλάξεις της α-Συνουκλεΐνης έχουν εντοπιστεί σε πρώιμες κληρονομικές περιπτώσεις της νόσου του Πάρκινσον. Σε περιπτώσεις Πάρκινσον με έναρξη των συμπτωμάτων μετά την ηλικία των 60 ετών, η παθοφυσιολογία περιλαμβάνει σχετιζόμενο κυτταρικό θάνατο. Υπολογίζεται ότι έως και 13 τοις εκατό των νευρώνων που παράγουν ντοπαμίνη πεθαίνουν για κάθε δεκαετία της ζωής τους. Αυτό σημαίνει ότι θα εμφανιστούν περισσότερες περιπτώσεις σχετιζόμενης με την ηλικία Πάρκινσον καθώς οι άνθρωποι ζουν περισσότερο, επειδή, μέχρι την ηλικία των 80 ετών, ένα άτομο μπορεί να έχει χάσει από 80% έως 90% των κυττάρων του που παράγουν ντοπαμίνη. Δεν θα χάσουν όλοι τόσα κύτταρα ούτε θα αναπτύξουν Πάρκινσον.