空洞多限于颈髓，可伸延脊髓全长，在不同节段，截面积不同，在颈髓、颈膨大达最大程度。最初空洞限于后角基底或髓前连合，囊肿缓慢扩大累及两侧更多灰质和白质，有时脊髓实质只剩下狭窄边缘，神经组织退变消失。空洞可伸延至延髓，罕有到脑髓者。

目前，对脊髓空洞症的发病机理受到大多数专家认同的观点是：后颅底骨质发育不良，（如扁平颅底、枕骨发育迟滞、寰枕融合等）造成后颅窝容积缩小，导致枕骨大孔区结构拥挤，影响脑脊液正常循环，使得脊髓中央管积水扩大，形成脊髓空洞。