因为甲基汞具有脂溶性、原形蓄积和高神经毒3项特性。首先甲基汞进入胃与胃酸作用,产生氯化甲基汞,经肠道几乎全部吸收进入血液(无机汞只有5%被吸收);然后在红细胞内与血红蛋白中的巯基结合,随血液输送到各器官。人类为了保护自己的大脑,为防止病毒入侵,专设了血脑屏障。但氯化甲基汞是稀客,为血脑屏障不识,故能顺利通过,进入脑细胞,还能透过胎盘,进入胎儿脑中。脑细胞富含类脂质,而脂溶性的甲基汞对类脂质具有很高的亲和力。所以很容易蓄积在脑细胞内。甲基汞分子结CH3-Hg-Cl中的C-Hg键结合得很牢固,不易断开,在细胞中呈原形蓄积,以整个分子损害脑细胞,这种损害的表现具有进行性和不可恢复性。因此,水俣病是环境污染中有毒微量元素造成的最严重的公害病之一。
水俣病的主要病理变化为大脑皮质细胞萎缩,严重者尚可侵犯小脑及脊髓。