多認為該病毒首先侵入口腔粘膜和鼻粘膜，在上皮組織中大量增殖后進入血循環（第一次病毒血癥），經血流累及腮腺及一些組織，并在其中增殖。再次進入血循環（第二次病毒血癥），并侵犯上次未受波及的一些臟器。病程早期時，從口腔、呼吸道分泌物、血、尿、乳汁、腦脊液及其他組織中，可分離到腮腺炎病毒。有人分別人胎盤和胎兒體內分離出本病毒。根據本病患者在病程中可始終無腮腺腫脹，而腦膜腦炎、睪丸炎等可出現于腮腺腫脹之前等事實，也證明腮腺炎病毒首先侵入口鼻粘膜經血流累及各種器官組織的觀點。也有人認為病毒對腮腺有特殊親和性，因此入口腔后即經腮腺導管而侵入腮腺，在腺體內增殖后再進入血循環，形成病毒血癥累及其他組織。

各種腺組織如睪丸、卵巢、胰腺、腸漿液造酶腺、胸腺、甲狀腺等均有受侵的機會，腦、腦膜、肝及心肌也常被累及，因此流行性腮腺炎的臨床表現變化多端。腦膜腦炎是病毒直接侵犯中樞神經系統的后果，自腦脊液中可能分離出病原體。

腮腺的非化膿性炎癥為本病的主要病變，腺體呈腫脹發紅，有滲出物，出血性病灶和白細胞浸潤。腮腺導管有卡他性炎癥，導管周圍及腺體間質中有漿液纖維蛋白性滲出及淋巴細胞浸潤，管內充塞破碎細胞殘余及少量中性粒細胞。腺上皮水腫、壞死、腺泡間血管有充血現象。腮腺思周顯著水腫，附近淋巴結充血腫脹。唾液成分的改變不多，但分泌量則較正常減少。

由于腮腺導管的部分阻塞，使唾液的排出受到阻礙，故攝食酸性飲食時可因唾液分泌增加、唾液潴留而感脹痛。唾液中含有淀粉酶可經淋巴系統而進入血循環，導致血中淀粉酶增高，并從尿中排出。胰腺和腸漿液造酶含量。本病病毒易侵犯成熟的睪丸，幼年患者很少發生睪丸炎。睪丸曲精管的上皮顯著充血，有出血斑點及淋巴細胞浸潤，在間質中出現水腫及漿液纖維蛋白性滲出物。胰腺呈充血、水腫，胰島有輕度退化及脂肪性壞死。