对Mollaret脑膜炎的免疫学研究未发现恒定的结果，而是大多数患者免疫功能正常，有些只在发作期脑脊液IgG增高，IL-6，TNF-2或前列腺素E2增高，但其意义不明。
脑脊液中出现淋巴细胞增多，在病后最初24h内可呈多核白细胞和淋巴细胞相混合。有些患者半数以上的细胞大，呈单核样，称Mollaret细胞，并在24h后迅速减少。其直径18pm±3μm，为不规则圆形，胞质不清晰，有细微空泡（Evens，1993），易碎，若不在发作早期取脑脊液并立即检查可能难得发现。一些著者经电镜及免疫细胞化学研究指出，这种Mollaret细胞实际上属于单核细胞-巨噬细胞系统，为具有活性的单核细胞。Szabo等1983年发现，这种细胞来自第3脑室皮样囊肿；Kuroda等1991年报告Mollaret细胞来自小脑延髓池神经皮样囊肿的脱落细胞。Mollaret细胞并非Mollaret脑膜炎患者必定出现，也非该病特有的病理性表现。