脊髓灰质炎病毒通过口咽或肠道粘膜侵入人体，然后在人体局部的淋巴结中增殖。若病毒进入血液，则形成毒血症，这些病毒随血液进入非神经组织中繁殖后，再次大量进入血循环，形成第二次病毒血症。在此过程中，若机体有特异性抗体，可中和病毒，疾病停止发展，此时人体仅有上呼吸道和肠道症状。当病毒毒力强，或机体内抗体不足以中和病毒时，病毒就可侵入中枢神经系统，造成相应的神经功能损害，严重者可发生瘫痪。
由于该病毒可选择性地侵害运动细胞，进而造成迟缓性麻痹，最常见的是下肢，其特点是不对称，因此出现我们常见的小儿麻痹后遗症。