In de eerste fase van multiple sclerose wordt de myelineschede van de zenuwvezels door afweercellen van het immuunsysteem aangetast in een willekeurig aandoend patroon. De myelineschede is een impulsgeleidende laag die rond de zenuwuitlopers is gelegen, zonder deze is de impulsgeleiding in de zenuw gestoord, waardoor er bij de patiënt neurologische stoornissen zoals onder andere verschijnselen van verlamming kunnen ontstaan. Zeker in verdere fases neemt ook het volume van de hersenen af, dit wordt atrofie genoemd in de medische wereld.
Multiple sclerose is wellicht een auto-immuunaandoening, dit houdt in dat het immuunsysteem eigen weefsel zal beschadigen, in het geval van multiple sclerose zijn dat het myeline en de axonen van het centraal zenuwstelsel (dus de hersenen en het ruggenmerg). Er is nog een heleboel niet bekend over het exacte mechanisme. Vast staat wel dat macrofagen het myeline beschadigen, dat er in de loop van de tijd verval op zal treden van de oligodendrocyten (de myeline producerende cellen) en van axonen. Gedurende een aanval van multiple sclerose treedt er een invasie op van lymfocyten in de hersenen vanuit kleine bloedvaten, dikwijls de venulen. Er komt een productie van cytokine op gang, geactiveerde microglia (astrocyten) presenteren een nog niet bekend antigen, er volgt een nog grotere cytokineproductie en uiteindelijk zal er een vorming plaatsvinden van macrofagen welke het myeline beschadigen. In welke fase er verlies van axonen optreedt wordt onderzocht, wellicht treedt dit reeds tamelijk vroeg op.
Multiple sclerose komt dikwijls onder jongvolwassenen voor, bij vrouwen weliswaar meer dan bij mannen. De frequentie waarin deze ziekte voorkomt verschilt per land en per bevolkingsgroep. In de Benelux is de prevalentie één op duizend, in Schotland is dat bijna één op vijfhonderd. In de regel ligt het aantal patiënten met multiple sclerose tussen twee en honderdvijfitg per honderdduizend inwoners. De ziekte komt nauwelijks voor in landen dichter bij de evenaar.