某些先天性代谢病造成代谢物质在神经元内异常聚集而使脑的体积增大，而某些神经外胚层发育异常会形成肿瘤而使脑增大。巨脑症最重者可达2850g，脑回巨大，重量也可在正常范围内。患儿可见脑回结构复杂，神经元数目和大小均有增加。脑室正常。胶质细胞增生、结节性硬化、脑脂质沉积病、白质海绵状变性及Alexander病等改变均可见到。常并发神经系统其他畸形。
巨脑症病人多同时伴有头围增大，有时亦可见于正常人或精神缺陷的病人。
由于这些病儿体格和头围都增大，所以又称之为脑性巨人症。患脑性巨人症的新生儿表现为体重、身长和头围都增大;还可伴有前额前突，腭嵴突起，眼眶增宽，长头畸形;手足巨大和尖下额。大多数患儿在新生儿期并无神经系统异常表现，偶尔有发生呼吸暂停的报道。在婴儿期80～90%患儿出现轻度发育落后及精神动作控制功能差。头围的增长速度和颅骨外形很像先天性脑积水。但无眼球下斜现象，叩诊无破壶音，多无神经系统症状，X线检查无颅内压增高征象。
CT表现为头大，脑室正常或轻度扩大，脑实质增大但密度正常，可有脑髓质营养不良。另一种少见的类型为一侧大脑半球巨大伴偏身肢体肥大，也有智能发育障碍。
对某些因先天性代谢性病引起巨脑症，早期诊断和治疗十分关键。例如苯丙酮尿症和呆小症若在婴儿期早期发现，早期给予饮食治疗或甲状腺素治疗，可使神经发育正常。颅狭症和先天性脑积水早期手术治疗也可获得成功。对于其他一些疾病引起巨脑症无特殊治疗，需要加强训练和教育。