W cukrzycy nie ma swoistych zmian morfologicznych w neuronach ośrodkowego układu nerwowego. Wysunięta przed laty koncepcja encefalopatii cukrzycowej, której podłożem miały być specyficzne dla tej choroby zmiany zwyrodnieniowe oraz zanik komórek zwojowych i gleju, została później oceniona krytycznie. Natomiast charakterystyczne zmiany morfologiczne stwierdza się w nerwach obwodowych. Najczęściej spotykanym obrazem jest odcinkowa demielinizacja włókien osiowych, powiększenie, a później zwyrodnienie, skurczenie się i zanik komórek Schwanna oraz obrzęk ruchowej płytki końcowej złączy nerwowo-mięśniowych. Rzadziej stwierdza się zmniejszenie liczby komórek zwojowych w rogach tylnych i — w mniejszym stopniu — w rogach przednich, jak również w zwojach korzeni tylnych. Występuje także zmniejszenie liczby bezrdzennych włókien nerwowych zaopatrujących narządy jamy brzusznej. Z nowszych badań przeprowadzonych głównie na zwierzętach z cukrzycą doświadczalną (alloksanową, streptozotocynową) i samoistną (szczury BB/W) wynika, że najwcześniejszą zmianą jest uszkodzenie neuronów i zanik włókien osiowych, natomiast odcinkowa demielinizacja (iremielinizacja) tych włókien oraz zwyrodnienie komórek Schwanna następuje później. W sumie jednak zmiany histologiczne w nerwach obwodowych, aczkolwiek wyraźne, są stosunkowo mało nasilone mimo częstych i dokuczliwych dolegliwości spowodowanych neuropatią cukrzycową (neuropathia diabetica). W tłumaczeniu patogenezy tych zmian przytacza się kilka hipotez i jest prawdopodobne, że w poszczególnych postaciach klinicznych neuropatii cukrzycowej mechanizmy doprowadzające do tego powikłania cukrzycy są różne.