発症前の記憶自体は障害されず、それを復元することができない精神活動の異常は、脳の電気的活動として測定されます。また慢性疲労症候群患者では記憶障害に加えて、数字や文字を逆さまに認識するようになります。

さらに慢性疲労症候群患者は間違った言葉を使うようになり、正しい言葉を記憶したり、新しい言葉を学びとることができなくなって、計算能力も低下します。

またこれらと同じ脳の領域で支配されている、気分、欲求、動機づけ、などの精神的活動が障害されます。

そして、同じような脳波異常はウイルス感染症でも出現することから、慢性疲労症候群患者の免疫系に影響を与えるウイルスが、中枢神経にも影響を与えている可能性があると考えられています。また、慢性疲労症候群患者は時々劇的にＩＱが低下し、疲労をもたらすと考えられる睡眠障害も生じます。

また慢性疲労症候群患者は、視野がぼやけるために眼精疲労を経験します。慢性疲労症候群患者が疲労感を自覚する時には、眼を調節するエネルギーが枯渇している可能性があります。そのため、抗うつ薬などの中枢神経系に作用する薬剤は、眼のぼやけを憎悪させるので注意が必要です。

また、慢性疲労症候群患者が経験する胃の症状がヒスタミンによるものであることを裏づける事象に、アレルギーがあります。ヒスタミンの過剰分泌はある種のアレルギーを引き起こしますが、いくつかの症例において慢性疲労症候群患者はアレルギーを発現しています。そして消化器症状が、慢性疲労症候群の初発症状である可能性があると考えられています。

運動する意志はあるのに、運動をするとさらに気分が悪くなるというのが、慢性疲労症候群の患者の大きな特徴です。この運動に対する反応が、他の病気と慢性疲労症候群とを区別する大きな決め手となります。

そのため、慢性疲労症候群の患者がうつ病と誤診されて、医師から運動することを指示されて従うと、病気が非常に悪化したりする可能性があります。

疾病管理センターでさえ、運動は慢性疲労症候群の患者にとって悪化因子であることを認めており、慢性疲労症候群の診断の必要条件の一つに、運動後に長く続く疲労感と挙げています。

慢性疲労症候群患者が運動に対して劇的に反応する理由は解明されていませんが、ある説では慢性疲労症候群患者は心拍数が多くて、そのために疲労を引き起こすのだとしています。