Krvno-moždana barijera sprječava mnoge kemikalije u krvotoku da dođu do mozga. To obično znači da virusi i bakterije u krvotoku ne mogu doći do mozga, međutim, kod bolesti poput bakterijskog meningitisa ili HIV encefalitisa, ta se barijera probija. Na krvno-moždanu barijeru također utječu multipla skleroza, Alzheimerova bolest i neki tumori mozga.
Kod bakterijskog meningitisa, bakterije i upalni odgovor tijela mogu uzrokovati djelomični slom krvno-moždane barijere. To omogućuje bakterijama da uđu u mozak, gdje mogu uzrokovati neke od neuroloških simptoma meningitisa kao što su glavobolja i napadaji. Ova degradacija barijere također omogućuje antibioticima da lakše dođu do mozga, što može učiniti liječenje učinkovitijim.
Poput bakterijskog meningitisa, virus HIV-a također ponekad može probiti krvno-moždanu barijeru, uzrokujući HIV encefalitis, upalu mozga. U bolesnika s kompromitiranim imunološkim sustavom, drugi virusi također mogu prijeći u mozak i uzrokovati poremećaje kao što je progresivna multifokalna leukoencefalopatija (PML). PML, koji je uzrokovan upalom bijele tvari mozga, vrlo je ozbiljna i ponekad smrtonosna bolest.
Tumori mozga također mogu utjecati na ovu barijeru. Često krvne žile u tumoru imaju slabo razvijenu barijeru, dopuštajući nekim kemikalijama iz krvi da uđu u mozak. Agresivniji tumor nanijet će više štete ovoj barijeri od benignog tumora.
Multipla skleroza je još jedna bolest koja utječe na krvno-moždanu barijeru. Kod multiple skleroze, imunološki sustav napada mijelin, koji oblaže i štiti živčane i moždane stanice. Na nekim mjestima imunološki sustav može prijeći krvno-moždanu barijeru i napasti stanice u mozgu.
Neki dokazi pokazuju slabljenje krvno-moždane barijere u bolesnika s Alzheimerovom bolešću. Ova degradacija omogućuje kemikalijama iz krvotoka da uđu u mozak, što može uzrokovati smrt nekih vrsta moždanih stanica. To može uzrokovati ili pogoršati simptome Alzheimerove bolesti.
De Vivo bolest je još jedna bolest barijere između krvi i mozga. Za razliku od mnogih drugih bolesti, zbog kojih kemikalije previše lako ulaze u mozak, De Vivo bolest sprječava da potrebni spojevi prijeđu u mozak. De Vivo bolest je genetski defekt u vrsti stanice koja prenosi glukozu kroz krvno-moždanu barijeru. To znači da mozak ne dobiva dovoljno energije za normalno funkcioniranje i može dovesti do neuroloških problema kao što je mentalna retardacija.