Napad se događa kada dio mozga postane pretjerano uzbuđen ili kada živci u mozgu počnu pucati zajedno na abnormalan način. Aktivnost napadaja može nastati u područjima mozga koja su deformirana zbog urođenih mana ili genetskih poremećaja ili poremećena infekcijom, ozljedama, tumorima, moždanim udarom ili nedovoljnom oksigenacijom. Patofiziologija napadaja proizlazi iz nagle neravnoteže između sila koje pobuđuju i inhibiraju živčane stanice tako da ekscitatorne sile imaju prednost. Ovaj električni signal se zatim širi na okolne normalne moždane stanice, koje počinju paliti zajedno s abnormalnim stanicama. S produljenim ili ponavljajućim napadajima tijekom kratkog razdoblja, rizik od budućih napadaja raste kako dolazi do smrti živčanih stanica, stvaranja ožiljnog tkiva i nicanja novih aksona.
Živčane stanice između pražnjenja normalno imaju unutarnje negativan naboj zbog aktivnog pumpanja pozitivno nabijenih natrijevih iona iz stanice. Pražnjenje ili paljenje živčane stanice uključuje iznenadnu fluktuaciju negativnog naboja u pozitivan naboj jer se ioni otvaraju u stanicu i pozitivni ioni, kao što su natrij, kalij i kalcij, ulaze u stanicu. I ekscitatorni i inhibicijski kontrolni mehanizmi djeluju tako da omogućuju odgovarajuće paljenje i sprječavaju neprikladnu ekscitaciju stanice. Patofiziologija napadaja može nastati zbog povećane ekscitacije živčane stanice, smanjene inhibicije živčane stanice ili kombinacije oba utjecaja.
Normalno nakon što se živčana stanica aktivira, inhibicijski utjecaji sprječavaju drugo aktiviranje neurona sve dok se unutarnji naboj neurona ne vrati u stanje mirovanja. Gama-amino-maslačna kiselina (GABA) glavna je inhibirajuća kemikalija u mozgu. GABA otvara kanale za negativno nabijene ione klorida da preplave pobuđeni neuron, što smanjuje unutarnji naboj i sprječava ponovno pokretanje živčane stanice. Većina lijekova protiv napadaja smanjuje patofiziologiju napadaja povećanjem učestalosti otvaranja kloridnih kanala ili povećanjem trajanja tijekom kojih su kanali otvoreni. Kada dođe do poremećaja u stanicama koje izdaju GABA ili receptorskim mjestima za GABA, dolazi do neuspjeha kloridnih kanala da otvore i ublaže ekscitabilnost živčane stanice.
Jednako značajni za patofiziologiju napadaja su mehanizmi koji dovode do povećane ekscitacije neurona. Glutamat je glavni ekscitatorni kemijski posrednik u mozgu, koji se veže na receptore koji otvaraju kanale za natrij, kalij i kalcij u stanicu. Neki nasljedni oblici napadaja uključuju sklonost pretjerano čestoj ili trajnoj aktivaciji glutamatnih receptora, povećavajući ekscitabilnost mozga i izglede za aktivnost napadaja. Nadalje, može se dogoditi kontinuirano širenje električne aktivnosti duž slojevitih dijelova mozga od stanice do stanice, što je nekimijski oblik razmnožavanja koji nije podložan regulaciji inhibicijskim mehanizmima.
Tretmani za patofiziologiju napadaja ciljaju ne samo na molekularne abnormalnosti koje uključuju ionske kanale u živčanim stanicama, već i na nekemijsko širenje ekscitacije u mozgu. Benzodiazepini, kao što je Valium, i barbiturati, kao što je fenobarbital, djeluju na otvaranje inhibitornih kloridnih kanala. Fenitoin ili dilantin sprječavaju ponavljajuće pokretanje neurona zatvaranjem natrijevih kanala u živčanim stanicama. U situacijama s loše kontroliranim ponavljajućim napadajima, halotan može spriječiti nekimijski prijenos živčanih impulsa. Dodatno, inzulin i steroidi mijenjaju funkciju glutamatnih receptora, potiskujući podražljivost mozga.