Alzheimer hastalığı olan kişilerin beyinlerinde bulunan ana özelliklerden ikisi, tau adı verilen bir proteinden oluşan nörobiller yumaklar (kısaca 'yumaklar') ve senil plaklardır (çoğunlukla beta-amiloid adı verilen başka bir proteinden oluşur, bazen beta-amiloid demetleri veya kısaca 'demetler' olarak da adlandırılırlar). Karışıklıkları oluşturan tau proteinleri daha önce nöronların içinde nöronun önemli bir parçası olan mikrotübül adı verilen bir yapıyı bir arada tutuyordu; mikrotübüller bir hücrenin şeklini koruyan hücre iskeletinin (hücre iskeleti) bir parçasını oluşturur ve hücre iletişiminde rol oynar.
Hem yumaklar hem de plaklar, Alzheimer gelişiminde olası bir neden veya katkıda bulunan kişi olarak araştırılan Herpes simpleks virüsü Tip 1 gibi başka hastalıklardan kaynaklanabilir. Karışıklık ve plakların Alzheimer'a neden olan şeylerin bir parçası mı yoksa sonuçları mı olduğu kesin olarak bilinmemektedir.
Mikrotübüller 
Mikrotübüller tubulin adı verilen bir proteinden oluşur. Tubulin polimerize olur, yani moleküller gruplar halinde birbirine bağlanarak tekrar tekrar aynı şekilleri oluşturur ve bu gruplar birbirine bağlanır. Uzun zincirler veya başka şekiller oluşturabilirler; bu durumda polimerize tubulin mikrotübülleri oluşturur. Mikrotübüller, içi boş olan mikroskobik pipetler gibi sert tüplerdir. Mikrotübüller nöronun şeklini korumaya yardımcı olur ve sinyallerin nörondan geçmesinde rol oynar.
Tau 
Tau, çoğunlukla merkezi sinir sisteminin nöronlarında bulunan bir proteindir. Nöronlar içindeki mikrotübülleri bir arada tutmaya yardımcı olurlar. ve tau proteinlerinin çalışması gereken şekilde değişiklikler olduğunda mikrotübüller parçalanır. Artık mikrotübülleri bir arada tutmayan tau proteinleri fibril adı verilen iplikçikler oluşturur ve bunlar daha sonra nöron içinde bir araya gelerek nörofibriler yumaklar olarak adlandırılan yapıları oluşturur. 'Tau yumakları' olarak da bilinen bu kümeler, bir nöron öldükten sonra geriye kalan tek şeydir.
| Alzheimer hastalığı ile ilişkili nörofibriler değişikliklerin Braak Evrelemesi. Bu şu anda sadece araştırma amaçlı kullanılmaktadır |
| Sahne | Nörofibriler yumaklar: | Semptomlar |
| I/IITransentorhinal evre | Transentorhinal bölge ve entorhinal bölge | Semptom yok |
| III/IVLimbik aşama | Hipokampal oluşum ve limbik sistemin bölümleri ve amigdala | Alzheimer hastalığının başlangıcıBilişsel bozukluklar : hafıza sorunları, uzamsal biliş |
| V/VIIsokortikal evre | Serebral korteks boyunca | Demans: tam gelişmiş Alzheimer hastalığı |
Beta-amiloid 
Beta-amiloid (Aβ) ('amiloid beta' olarak da adlandırılır) plakları, amiloid öncü proteini (APP) adı verilen bir proteinle başlar. APP, hücre zarını ya da hücreyi koruyan dış kaplamayı oluşturan proteinlerden biridir. Bu durumda bir nöron... APP, hücre içinde üretildiği için hücre zarından dışarı çıkar.
Hücre zarının en dış kısmı da dahil olmak üzere hücrenin farklı bölümlerinde, enzim adı verilen kimyasallar APP'yi küçük parçalara ayırır. Parçalama işlemini gerçekleştiren bu enzimler alfa-sekretaz, beta-sekretaz ve gama-sekretazdır. Hangi enzimin kopardığına ve APP'nin hangi kısımlarının koparıldığına bağlı olarak iki farklı şey olabilir. Biri yararlı olan, diğeri ise beta-amiloid plaklarının oluşumuna neden olan.
Plaklar, beta-sekretazın APP molekülünü beta-amiloid peptidin bir ucundan kopararak sAPPβ'yı hücreden serbest bırakmasıyla oluşur. Gama-sekretaz daha sonra geriye kalan ve hala nöron zarından dışarı çıkmış olan APP parçalarını beta-amiloid peptidin diğer ucundan keser. Bu kesmeden sonra beta-amiloid peptit nöronun dışındaki boşluğa salınır ve diğer beta-amiloid peptitlere yapışmaya başlar. Bu parçalar oligomerleri oluşturmak için birbirine yapışır. Çeşitli boyutlardaki farklı oligomerler artık nöronlar arasındaki boşluklarda yüzmektedir ve bu da komşu hücreler ve sinapslar üzerindeki reseptörlerle reaksiyona girerek işlev görme yeteneklerini etkilemekten sorumlu olabilir.
Bu oligomerlerin bir kısmı beyinden temizlenir. Temizlenmeyenler ise daha fazla beta-amiloid parçasıyla birlikte kümelenir. Daha fazla parça bir araya geldikçe oligomerler daha da büyür ve bir sonraki boyuta protofibril ve ondan sonraki boyuta fibril denir. Bir süre sonra bu fibriller, hücreler arasındaki boşlukta yüzen diğer protein molekülleri, nöronlar ve sinir dışı hücrelerle bir araya gelerek plak adı verilen yapıları oluşturur.
Serebral amiloid anjiyopati (CAA)
Beta-amiloid birikintileri ayrıca serebral korteks ve leptomeninkslerdeki (leptomeninksler beyni kaplayan koruyucu 3 katmanlı bir zar olan meninkslerin iki iç katmanıdır - pia mater ve araknoid -) küçük ve orta büyüklükteki arterlerin (ve bazen venlerin) duvarlarında (orta katman olan tunica media ve dış katman olan tunica adventitia veya tunica externa'da) oluşur.
CAA, herhangi bir bunaması olmayan 60 yaş üstü kişilerin %30'unda bulunur, ancak Alzheimer hastalığı olan kişilerin %90-96'sında bulunur ve bu vakaların üçte biri ila üçte ikisinde şiddetlidir.