La malaltia d'Alzheimer es caracteritza per la pèrdua de neurones i sinapsis a l'escorça cerebral i a certes regions subcorticals. Aquesta pèrdua resulta en una atrofia massiva de les regions afectades, incloent-hi la degeneració en el lòbul temporal i el lòbul parietal, i parts de l'escorça frontal i el girus cingulat. La degeneració també està present en nuclis del tronc cerebral com el lòcus coeruleus. Els estudis que utilitzen RM i PET han documentat reduccions en la mida de regions cerebrals específiques en persones amb Alzheimer a mesura que progressaven des d'una deteriorament cognitiu lleu fins a la malaltia d'Alzheimer, i en comparació amb imatges similars d'adults més grans i sans. Tant les plaques amiloides com les neurofibrilles són clarament visibles per microscòpia en els cervells dels afectats per la malaltia d'Alzheimer. Les plaques són insolubles, majoritàriament densa de plaques de beta-amiloides solubles i de peptits cel·lulars i
dipòsits de péptide beta-amiloide i material cel·lular fora i al voltant de les neurones