各种疾病导致的神经节细胞和视神经轴突不可逆性损害后的形态学结果。病理学意义上的总称，适用于导致前部视通路系统（视网膜－膝状体通路）轴突退行性变（包括缺血、炎症、压迫、浸润及外伤等）的任何疾病过程所造成的视神经“皱缩”。
虽然病理科医生可以通过直接观察视神经组织病理改变得出视神经萎缩的诊断，但视神经萎缩的临床诊断通常基于眼底镜下视乳头颜色和结构的异常，伴随的视网膜血管及神经纤维层的改变，可被定位于视神经的相应视功能损害。
病理及病理生理
由于视神经轴突从位于视网膜神经纤维层的神经节细胞发出，所以不同部位、多种疾病均可造成轴突受损，如损害神经节细胞、视网膜神经纤维层或视盘的眼内疾病，眶内、视神经管内或颅内部分的视神经疾病本身或周围的疾病，损害视交叉、视束或外侧膝状体的疾病，膝状体之后的视通路疾病导致跨突触（经神经元）的轴索变性。
各种局灶的、多局灶的或弥散的病变可直接损坏轴突，或通过影响视神经周围胶质或睫状血管供血而间接损害轴突。轴突上任何部分的局灶性损害会导致整个轴突以及其细胞体、视网膜神经节细胞的变性。当大量的轴突出现这种变性时，就会发生严重的视神经皱缩或萎缩。
当轴突发生不可逆性损害时，会发生两种变性：顺向性（华勒氏）和逆向性变性。顺向性变性发生于已经与细胞体分离的病灶远端的轴突，而逆向性变性发生在仍与细胞体联系的病灶近端的神经轴突。顺向性轴索变性通常在损伤后7天内发生并进展较为完全，但仍然与细胞体连接的轴突部分和细胞体本身的外观在3～4周内依旧保持正常。但是在3～4周后，所有残存的结构（细胞体及损伤近端的轴突）也会迅速发生变性。视神经（也可以是其他神经）逆向性变性的一个最奇特的特点是：这种变性的过程明显与损伤位置距离神经节细胞的距离无关，球后视神经、视交叉，以及视束损害均可几乎同时导致病理性的以及可视性的神经节细胞体变性。人类及其他灵长类动物视神经轴突再生很有限且很不完全，但是确实存在损伤后一定程度的髓鞘再生，这些髓鞘再生是由残存的以及新生的少突胶质细胞活动所致。
跨突触变性是神经元继发性变性反应，在大脑很多部位均可发生。例如：部分视网膜损害后，外侧膝状体细胞可出现跨神经元变性。
无论原发性的病理生理机制如何，中枢神经系统的功能缺失总是伴有受累组织的血液供应减少。当视神经变性时，它的血液供应会减少，原来眼底镜检查可见的正常神经中的小血管也可能消失。除了血液供应减少外，视神经萎缩还会发生神经胶质组织的形成。
眼底镜检查
影响视盘正常的粉红色外观的其他因素还包括穿过含有毛细血管的神经胶质圆柱的神经纤维束的厚度和其细胞构筑。正常情况下，光线在临近的神经胶质细胞圆柱和毛细血管中弥散，从而获得了毛细血管所呈现的粉红色。因此，通过组织的光射线经过神经纤维束成为粉色，并且使得视盘呈现其特征性的粉红色。萎缩视盘的轴突束已经受损，剩下的星形胶质细胞与进入的光线呈直角排列。因此，穿过视盘和被星形胶质细胞层围绕的毛细血管网的光线相应减少。由于没有光线从不透明的神经胶质细胞反射回来，而不穿过毛细血管网，所以光线仍然保持白色，因此视乳头看起来显得苍白。有些部位的组织的缺失使得光线直接进入不透明的巩膜板，因而加重视盘苍白。
视盘苍白程度常分为轻度、中度或重度，但是这种区分常常是主观的。对视盘苍白程度更为客观的评价应结合其结构和神经组织、静脉、动脉和毛细血管，以及视盘周围视网膜神经纤维层进行。多数视神经萎缩病例的视网膜动脉变得狭窄或迂曲。有些情况下，血管狭窄很轻微，而有些疾病，如严重的非动脉炎性前部缺血性视神经病变（AION）中，血管表现为白线状或完全闭塞，特别是视乳头周围的血管。然而，不是所有视神经萎缩病例都伴有视网膜血管的改变。实际上，筛板后视神经损害所致的视神经萎缩，其视网膜血管常常不受影响。
在萎缩的早期阶段，视乳头失去其红色，且视盘的物质慢慢丢失，逐步遗留下一个苍白的、浅的、凹形面（即暴露的筛板）。在萎缩的晚期，从视盘中央穿出的血管的直径仍然正常，而视盘的其他部位则无血管分布。在大多数病例中，在视神经萎缩过程中发生的这种改变不会导致视盘中央视杯的显著改变，但在有些正常眼内压性视神经萎缩或其他各种疾病（包括缺血、压迫、炎症和肿瘤等）导致的视神经萎缩病例中，也可能发生病理性视杯扩大。视盘苍白可以是弥散的或仅局限于一块扇形区域。
辅助检查
可用光学相干断层扫描技术对视盘进行扫描，通过视网膜神经纤维层厚度客观评估视神经萎缩的程度。视神经核磁共振扫描也可对视神经的形态学进行评估，但是因为视神经在眼眶内斜向走行，加上视神经本身较细，萎缩的视神经更细，因此常用的核磁共振扫描技术也存在图像欠清晰、数据不稳定的问题。
鉴别诊断
视神经萎缩是各种疾病导致的视神经形态学结果，存在视神经萎缩提示存在视神经损伤，但是通常并不能单纯根据视盘的外观来判断其病因。不同疾病所导致的视神经萎缩及视盘改变也有其相应特点。
节段性视神经萎缩通常会被描述为获得性视盘颞侧苍白。位于黄斑和视乳头之间的乳头黄斑束或视神经轴心部分损害导致视盘颞侧边缘清晰的楔形苍白。上部、下部或鼻侧的扇形苍白很少会像颞侧苍白那样有清晰的界限。获得性视盘颞侧苍白常常是由于视神经疾病所致，这种视神经疾病会选择性的影响中心视力和中心视野，很少影响周边视野。这种视神经疾病包括中毒和营养性视神经病、常染色体显性遗传疾病、莱伯（Leber）遗传性视神经病及视神经炎。视盘上部或下部节段性萎缩多由缺血所致。
视交叉病变的患者特征性表现为“条状的”或“蝶形领结状的”视盘萎缩，视盘苍白首先出现于鼻侧和颞侧，上方和下方相对正常，这是由于视盘上部和下部弓形神经纤维束的组成既包含黄斑小凹颞侧、也包含其鼻侧的神经节细胞纤维。
先天或新发生的获得性同向偏盲患者或者是外侧膝状体之前损害所致的同向偏盲患者，病变对侧眼可出现前述的神经纤维层损害和视神经萎缩——视盘的条带状萎缩。病变同侧眼则出现从颞侧到黄斑小凹处的神经节细胞丢失。由于这些黄斑小凹颞侧的神经节细胞发出的神经纤维是组成上部和下部的弓形束的主要成分，所以这些区域表现出广泛的神经纤维缺损，视盘萎缩是更为弥散。因此，这种患者的眼底特征性表现为病变对侧眼“蝶形领结状”或“条状”的视盘萎缩和同侧眼视盘上部和下部的弓形神经纤维束减少。
视网膜动静脉改变、血管鞘形成、黄斑渗出等其他眼底改变，也有助于视神经萎缩的病因学鉴别诊断。