程度比较严重的新生儿溶血症可以导致胆红素脑病，引起中枢神经系统不可逆的损伤，导致脑瘫。

因为新生儿溶血症表现的临床症状不一，比较严重的溶血在出生后24小时内出现，并呈进行性加重。血清中的未结合胆红素浓度迅速升高，未结合胆红素可以透过血脑屏障，进入中枢神经系统引起神经系统的不可逆改变。胆红素脑病也是新生儿溶血症最严重的并发症，早产、缺氧的孩子更容易发生。

胆红素脑病早期嗜睡、肌张力下降、原始反射减弱 ，逐渐出现抽搐。经过大约两周时间进入后遗症期 ，孩子会出现听力障碍或者智力落后、脑瘫等不可逆的神经系统损伤。