心臟顯示不同程度的擴大。外觀上心肌非常鬆軟。在顯微鏡下可見心肌纖維之間和血管周圍的結締組織中有單核細胞、淋巴細胞及中性粒細胞的浸潤。心肌纖維有不同程度的變性，橫紋消失，肌漿凝固和/或溶解，呈小竈性、斑點狀或大片壞死。心肌溶解，胞核和胞漿都可消失，殘留細胞膜。
心臟病變分佈常以左室及室間隔最重，其次爲右室，左、右心房最輕。在慢性病例，除心肌纖維變性外，可見了纖維母細胞增生及瘢痕形成，心內膜彈力纖維增生及心室附壁血栓形成，附壁血栓脫落時可引起腦、腎、肺等梗塞。
病毒性心肌炎多伴有漿液纖維素性心包炎，滲液量較小。有的並有心內膜炎。電鏡檢查可見心肌細胞破碎，肌絲喪失，肌纖蛋白結構破壞，線粒體退行內膜中可分離出病毒，也可應用熒光免疫檢查方法在心肌、心包或心內膜中找到特異病毒抗原。電鏡檢查可見病毒顆粒。
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