患兒肝腫大，肝細胞脂肪浸潤；腎、胰腺及心肌也有脂肪浸潤，腦內主要有大腦水腫。
發病前常有病毒感染史，如流感或水痘等，感染好轉後3～5天可產生反覆性嘔吐，嘔吐發生後數小時至2天時，患兒即表現意識改變，可有視幻覺，精神混亂等，數小時內可進展至木僵及昏迷。Reye綜合徵意識狀態分為Ⅰ～Ⅴ期。嚴重病例可迅速（24小時內）進展至Ⅴ期既呼吸暫停及全身肌弛緩。輕症可進展至第Ⅰ～Ⅲ期即漸好轉。第Ⅳ期主要為腦水腫，瞳孔對光反應遲鈍，去大腦強直陣發過度換氣，顱內壓周期性增高，此時如不能給予緊急措施降低顱內壓，患兒往往死亡。
昏迷病兒的運動功能異常包括僵直、腱反射亢進、陽性巴氏征（雙側）。驚厥在未及時給予治療的病兒中常見，若及時給予支持治療（如低血糖及呼吸紊亂的處理），則僅有20%的病例發生驚厥。昏迷發生後1～2天多有肝腫大。
嬰兒小於1歲者，如患本病則常有驚厥發生且多伴低血糖，呼吸紊亂，如呼吸暫停及過度換氣，而前驅病毒感染及嘔吐則不如大年齡小兒顯著。
既往本病病死率高達80%，現已降至10%～20%（有條件的急救中心）。但能存活的病多數是在昏迷後幾天即有好轉；昏迷越久，預後越差。後遺症包括智力受累、驚厥、運動功能受累等。
相關基因的研究
MeCP2, methyl CpG–binding protein 2. 譯名：甲基化CpG結合蛋白2。該基因和X染色體相關。該基因的丟失會導致小鼠出現雷氏綜合徵，症狀包括攻擊性行為和學習障礙。
