胆红素脑病是指胆红素过高进入脑组织以后，导致神经细胞周围蓄积大量胆红素，引起神经细胞功能受损。随着时间进一步延长，胆红素会进入神经细胞中，影响神经细胞能量代谢，最终导致神经细胞凋亡，引起脑功能损伤。
根据上述演变过程，可将胆红素脑病分为警告期、痉挛期、恢复期和后遗症期。现在基本上将前三期都化分为急性胆红素脑病，而第四期则定义为慢性胆红素脑病，即核黄疸。随着康复医学发展，急性胆红素脑病在经过积极康复治疗以后，并不一定会发展为慢性胆红素脑病。