膽紅素腦病是指膽紅素過高進入腦組織以後，導致神經細胞周圍蓄積大量膽紅素，引起神經細胞功能受損。隨著時間進一步延長，膽紅素會進入神經細胞中，影響神經細胞能量代謝，最終導致神經細胞凋亡，引起腦功能損傷。
根據上述演變過程，可將膽紅素腦病分為警告期、痙攣期、恢復期和後遺症期。現在基本上將前三期都化分為急性膽紅素腦病，而第四期則定義為慢性膽紅素腦病，即核黃疸。隨著康復醫學發展，急性膽紅素腦病在經過積極康復治療以後，並不一定會發展為慢性膽紅素腦病。