Во входных воротах (место укуса инфицированной мухи цеце) трипаносомы непосредственно размножаются, затем проникают в лимфатические сосуды и узлы, а затем в кровь, где размножаются. Через 20-25 дней они выходят в кровеносное русло и распространяются по всем органам и тканям (головной мозг, сердце, почки, печень, селезенка, костный мозг), где вызывают воспалительные и дегенеративные изменения.
Существенное значение в механизме развития трипаносомоза имеют аутоиммунные процессы и связанные с ними реакции. В результате воспалительных и аутоиммунных повреждений в тканях внутренних органов развиваются воспалительные процессы.
Поражение головного мозга наблюдается на всех стадиях заболевания. У переболевших вырабатывается иммунитет. У жителей эндемических очагов (регионов, где инфекция регистрируется постоянно) выявлены особенности иммунного ответа на возбудитель: у них трипаносомоз часто протекает в хронической форме, тогда как у приезжих, как правило, в острой.