组织学检查发现颅内动脉瘤壁仅存一层内膜，缺乏中层平滑肌组织，弹性纤维断裂或消失。瘤壁内有炎性细胞浸润。电镜下可见瘤壁弹力板消失。巨大动脉瘤内常有血栓形成，甚至钙化，直栓分层呈”洋葱”状。动脉瘤为囊性，呈球形或浆果状。外观紫红色，瘤壁极薄，术中可见瘤内的血流旋涡。瘤顶部更为薄弱，98%的动脉瘤出血位于瘤顶。破裂的动脉瘤周围被血肿包裹，瘤顶破口处与周围组织粘连。
1、血常规、血沉及尿常规 一般无特异性变化。动脉瘤破裂出血早期，白细胞常超过10×109/L，血沉也常轻度到中度增快，其增快程度与白细胞增多的程度相一致。早期可出现蛋白尿、糖尿，严重者可出现管型尿，蛋白尿持续较短，一般数天后即恢复正常。
2、腰穿 动脉瘤未破裂时，腰穿脑脊液检查多无异常变化。在破裂出血时，腰穿是诊断动脉瘤破裂后蛛网膜下腔出血的直接证据。腰穿压力多在1.96～2.84kPa，但腰穿的时间与压力的变化亦有关，有人发现动脉瘤破裂后，颅内压可急骤升高到8.8～19.6kPa，半小时后颅内压下降。腰穿脑脊液常呈血性，镜检可见脑脊液中含大量红细胞，反复腰穿检查，可根据脑脊液内新鲜和陈旧性红细胞的多少，判断出血是否停止，但颅内压很高时，腰穿要慎重进行，缓慢放液，以免诱发脑疝。如果出血不多，又单纯破入脑实质内或硬膜下或蛛网膜下腔粘连，脑脊液内可无红细胞。一般在出血后2h腰穿才能发现脑脊液内有血液或离心后上清液变黄，出血最初脑脊液中白细胞与红细胞成比例，即每1万个红细胞就有1个白细胞；出血12h后脑脊液中白细胞开始增加，早期以中性为主，晚期以淋巴细胞为主，在脑脊液变黄2～3周后恢复正常，有时淋巴细胞可持续存在长达48天之久。出血后1～2周红细胞消失，3周后脑脊液变黄。脑脊液中的细胞用特殊染色可发现含铁细胞，这种细胞在出血4～6周后增多，持续存在17周，用这种方法可在蛛网膜下腔出血4个月后仍能判断是否有过出血。
脑脊液生化检查，糖和氯化物多正常，蛋白增高。这是由于红细胞溶解后释放出大量血红蛋白及出血后渗出反应所致，通常在1g/L左右。有人认为脑脊液中每1万个红细胞溶解可增高150mg/L的蛋白质。一般在出血后8～10天蛋白质增高幅度最大，以后逐渐下降。另外，应注意区别腰穿损伤所致的血性脑脊液，一般腰穿损伤性血性脑脊液，离心后的上层液体无红色或黄色变化，对联苯胺无阳性反应。