Нервно-мышечное заболевание поражает сами мышцы и периферическую нервную систему, которая включает тела клеток мотонейронов (расположены в спинном мозге), аксоны мотонейронов (отростки, направленные от тела клетки к мышцам), нейромышечные синапсы (соединяют аксоны мотонейронов и мышцы).
В патологический процесс вовлекаются мышцы тела и дыхательные мышцы (в связи с постепенной потерей мотонейронов в спинном мозге), а также мышцы лица и глотательные мышцы (из-за потери мотонейронов в стволе головного мозга). При СМА в первую очередь слабеют мышцы туловища и проксимальные (находящиеся ближе к центру тела) мышцы конечностей, по мере отдаления к периферии (дистальнее) сила мышц страдает меньше, руки страдают меньше, чем ноги.