Neuroni on hermosolu, joka koostuu kehosta tai somasta; ennusteet, joita kutsutaan dendriiteiksi; ja hermokuitu, jota kutsutaan aksoniksi. Jokaisen solun aksonit yhdistyvät muihin soluihin ja toimivat reiteinä eri aivojen osissa. Aivovamman jälkeen aksonivaurio voi tapahtua suoraan iskun voimasta tai vahingoittuneiden tai kuolevien solujen vapauttamien aineiden seurauksena. Turvotus voi myös aiheuttaa aksonien irtoamisen emosoluistaan, mikä aiheuttaa enemmän vahinkoa. Sairaudet, kuten multippeliskleroosi, voivat aiheuttaa myös aksonien rappeutumista.
Hermosto luottaa jokaisen solun välisiin yhteyksiin toimiakseen oikein. Diffuusi aksonivaurio on yksi aksonivaurion muoto, jossa hermokuidut irrotetaan fyysisesti. Tämä tapahtuu usein suurilla nopeuksilla, kuten auto -onnettomuudessa. Vamma itsessään voi häiritä viestintää aivojen eri osien välillä, koska neuronit eivät pysty toimimaan vuorovaikutuksessa. Loukkaantumisen jälkeen turvotus voi aiheuttaa aksonin erottumisen hermosolusta.
Aksonivaurioita esiintyy joskus osana porrastustapahtumaa. Kun hermosolut ovat vaurioituneet ja aksonit irrotettu, neuronit vapauttavat suuren määrän kemikaaleja, jotka kerääntyvät myrkyllisille tasoille. Muut hermosolut kuolevat, kun kemikaalit tunkeutuvat deoksiribonukleiinihappoon (DNA) ja laukaisevat solukuoleman. Liian paljon kalsiumia voi päästä myös vaurioituneisiin neuroneihin ja aiheuttaa turvotusreaktion, joka usein aiheuttaa aksonivaurioita. Lääketieteelliset tutkimukset ovat ehdottaneet, että alentamalla kalsiumionien määrää aivovamman jälkeen solukuolemaa voidaan vähentää.
Neuroneja vaurioituu myös, kun aksoneja venytetään. Jos venytetään liian nopeasti, aksonin sytoskeleton voi epäonnistua, mikä johtaa turvotukseen ja kalsiumin infuusioon soluun. Multippeliskleroosiin liittyvät tulehdusreaktiot johtavat aksonivaurioihin ja rappeutumiseen. Aksoneja ympäröivä suojaava myeliinivaippa pysyy usein ehjänä, joten tila voi jatkua ja mennä remissioon useita kertoja.
Aksonivaurion jälkeen hermokuidut voivat kasvaa aksonien tilalle, mutta joskus häiriöitä tähän herkkään prosessiin tapahtuu. Korkeat välittäjäainepitoisuudet, hapen puute tai riittämätön verenvirtaus vaurioituneelle alueelle voivat vaikuttaa haitallisesti hermosolujen uudistumiseen. Kuituja voidaan myös ohjata väärin ja yhdistää väärille alueille, jos aivojen sähköinen aktiivisuus on riittävän suuri. Seurauksena voi olla vakavia pitkäaikaisia vaikutuksia, kuten kohtauksia, muistin menetys ja krooninen kipu.