铅是神经毒性为主的重金属元素，对中枢和周围神经系统均有明显的损害作用。其作用机制主要是铅与人体细胞中的巯基紧密结合，从而对含巯基的各种酶的活性产生严重影响，首先是乙酰胆碱的合成与释放减少，而乙酰胆碱是和学习、记忆等过程密切相关的，是正常智力发育所必须的一种神经递质。铅还可抑制血红素代谢过程中的δ-氨基乙酰丙酸脱水酶，使δ-氨基乙酰丙酸转化成卟啉的过程受阻，δ-氨基乙酰丙酸大量积聚，而其本身具有假性神经递质的作用，长期增多可引起思维改变和智力缺陷。
因此，即使是轻度的铅中毒早期也可引起患儿注意力涣散、记忆力减退、理解力降低与学习困难。铅影响小儿智能发育的形态学改变主要有大脑海马区神经元的苔状纤维变细、变短，锥体细胞变薄，齿状颗粒细胞的树突结构紊乱，大脑皮层突触退变，而大脑海马区是与正常学习、记忆过程密切相关的重要部位。
儿童神经系统正处于快速生长及成熟阶段，对铅毒性尤为敏感，儿童多为慢性铅中毒，其发展是一个缓慢、渐进的过程。铅的神经毒性作用往往在明显的临床表现出现之前的亚临床阶段即能危及儿童的行为发育，特别是智力发育，而且是不可回逆的损害。
实验研究表明，血铅水平在100μg/L以上时即能对智力发育产生不可回逆的损害，儿童智力的发育正受到不同程度的影响，而此时往往没有足以引起注意的临床症状。高铅组儿童其总智商、操作及语言智商均明显落后于低铅组儿童。一般铅中毒儿童可表现为注意力涣散、多动、语言发育迟滞等。脑症状出现后，虽经治疗往往仍会遗留后遗症，特别是智力发育不全，故预防是关键。