Уже в течение нескольких минут после развития гипернатриемии происходит перемещение жидкости из клеток во внеклеточное пространство. Результатом является выход воды из клеток мозга и его сморщивание. Возможны разрывы субарахноидальных сосудов и кровоизлияния, что вызывает стойкое повреждение мозга и может наступить смерть.
Сморщивание мозга сопровождается приспособительной реакцией, которая состоит в захвате электролитов из экстрацеллюлярной жидкости клетками мозга. Вслед за электролитами в клетки поступает вода. Эти реакции ведут к нормализации объема мозга при медленном развитии гипернатриемии.