Una vez dentro de las neuronas, el virus disminuye la cadena de acciones desencadenadas por la ECA2, ocasionando un aumento en el estrés oxidativo, neuroinflamación, vasodilatación y eventos trombóticos, siendo este último una importante consecuencia de la famosa tormenta de citocinas del COVID-19. Esta tormenta consiste en la producción de múltiples citocinas inflamatorias como IL-6, IL-6, IL-2, IL-8 y TNF, moléculas que estimulan el sistema inmune aumentando la inflamación en el cuerpo. Incluso se ha visto que el nivel de estas citocinas en el cuerpo se correlaciona con la severidad de los síntomas del COVID-19, por lo que muchas veces son evaluadas en estudios de sangre para dirigir el tratamiento con inmunomoduladores para disminuir este potente efecto inflamatorio.

Aunque aún se necesitan estudios para determinar con exactitud cómo es que el virus llega a las neuronas, se ha encontrado el virus a nivel del sistema nervioso central en autopsias realizadas a pacientes que tuvieron COVID-19.