Về mặt bệnh học, CTE được đặc trưng bởi sự lắng đọng của protein tau tăng phosphoryl hoá dưới dạng đám rối sợi thần kinh, nổi bật nhất là ở các khoang quanh mạch máu, độ sâu rãnh vỏ não và vùng dưới đồi và vùng quanh não thất.