Patofiziologija se odnosi na promjene u normalnim biokemijskim, mehaničkim i fizičkim procesima u tijelu. Patofiziologija Parkinsonove bolesti odnosi se na fizičke i biokemijske promjene u mozgu, koje zauzvrat proizvode vidljive abnormalne mehaničke i fizičke funkcije u ostatku tijela. Karakteristični drhtavi povezani s Parkinsonovom bolešću primjer su toga. Iako se čimbenici koji utječu i doprinose mogu razlikovati između ranog početka, juvenilne i standardne Parkinsonove bolesti, patofiziologija Parkinsonove bolesti uglavnom je ista.
Duboko u mozgu leži skup struktura poznatih kao bazalni gangliji, što u prijevodu znači “podrumske strukture” i uključuje globus pallidum internus, putamen i kaudatnu jezgru. Te su strukture djelomično odgovorne za kontrolu dobrovoljnog kretanja. Uz bazalne ganglije nalazi se supstancija nigra, područje mozga koje sadrži živčane stanice koje proizvode kemijski dopamin. Dopamin je neurotransmiter koji prenosi poruke ili signale između živčanih stanica.
Corpus striatum su sive i bijele trake tkiva koje leže unutar kaudatne jezgre i putamena i povezane su s crnom supstancom. Dopamin proizveden u supstanciji nigra prenosi se duž vezivnog tkiva i oslobađa u corpus striatum. Ovaj proces je bitan za glatko, kontrolirano, koordinirano i dobrovoljno kretanje mišića.
Parkinsonova bolest je oštećenje proizvodnje dopamina, što rezultira smanjenom i neučinkovitom neurotransmisijom, odnosno prijenosom poruka, između moždanih stanica. Uzrokuje nepravilan i neprikladan rad živčanih stanica, što rezultira nekontroliranim, nevoljnim pokretima i ukočenošću mišića. Patofiziologija Parkinsonove bolesti počinje smrću ili oštećenjem stanica koje proizvode dopamin u substantia nigra.
Patofiziologiju Parkinsonove bolesti također karakterizira prisutnost Lewyjevih tijela u mozgu, točnije u substantia nigra. Lewyjeva tijela su abnormalne proteinske strukture koje se nalaze u mozgu. Oni su obilježje Parkinsonove bolesti i sadrže aminokiselinski protein a-Synuclein. U normalnom stanju na normalnim razinama, funkcija ovog proteina je reguliranje aktivnosti transportera dopamina. Na abnormalnim razinama ili u mutiranom stanju, kao što su Lewyjeva tijela, pridonijet će smrti stanica i disfunkciji.
I Lewyeva tijela i a-Synuclein važni su za patofiziologiju Parkinsonove bolesti kada se javlja u osoba mlađih od 40 godina, te u nasljednim slučajevima. Dvije mutacije a-sinukleina identificirane su u ranim nasljednim slučajevima Parkinsonove bolesti. U slučajevima Parkinsonove bolesti s početkom simptoma nakon 60. godine, patofiziologija uključuje smrt stanica povezane s are. Procjenjuje se da do 13 posto neurona koji proizvode dopamin umre u svakom desetljeću života. To znači da će se više slučajeva Parkinsonove bolesti povezane s dobi javljati kako ljudi žive dulje jer je do 80. godine osoba možda izgubila od 80 do 90 posto svojih stanica koje proizvode dopamin. Neće svatko izgubiti ovoliko stanica ili razviti Parkinsonovu bolest.