Nervceller kopplas samman genom förlängningar som kallas axoner, som bildar ett nätverk inom nervfibrer och hjärnan. Dessa sträcker sig från cellkroppen, eller soma, till ändar där synapser vidarebefordrar elektriska signaler till andra nervceller. Axondegeneration kan uppstå som ett resultat av skada eller sjukdom. Om axongrenen skärs av, bryts vanligtvis det separerade segmentet ner, tillsammans med en bifogad sektion nära platsen för brottet. Vissa proteiner kan vara involverade i axondegenerationsprocessen, men från och med 2011 är det inte känt exakt vilka eller hur de går till väga för att bryta ner cellulärt material.
När avskurna axoner bryts ner kallas detta för Wallerian degeneration. Processen observerades först på 1850-talet, men händelseförloppet som utlöser processen är fortfarande oklart. Det har inte heller funnits en allmän funktion som skulle kunna störas för att stoppa axoner från att brytas ner. Axondegeneration påverkas vanligtvis av tre saker: cellens inre dynamik, hur neuronen reagerar på en skada och de molekylära processerna under degenerering.
Den återstående delen av axon på cellen degenererar vanligtvis lite efter en paus, men kan överleva. Förändringar i nervcellskroppen gör att fragment av axonet kan brytas ner. Grenar av nervceller kan sträcka sig tusentals gånger cellens diameter. Axoner kan brytas genom att skäras, krossas eller frysas, och kemiska reaktioner kan också skada dem. Nervceller kan också genomgå ytterligare försämring efter en skada när proteiner aktiveras för att svara på den initiala skadan.
Skador och en mängd olika neurologiska sjukdomar kan leda till axondegeneration. Alzheimers sjukdom såväl som Parkinsons sjukdom kan utvecklas när många nervceller tappar sina anslutningar. Tillstånd som diabetes och glaukom orsakar ofta sådana fysiska effekter även på nervceller. Det kan också de neurologiska effekterna av kemoterapi. Skador kan involvera direkta stötar och andra krafter på nerv- och hjärnvävnad som fysiskt kan slita isär axoner.
Forskare har hittat bevis på att neuroner kan programmeras internt för axondegeneration. Det är i allmänhet inte känt hur detta fortskrider på molekylär nivå, men forskare har identifierat några av de inblandade proteinerna. Genom att störa dessa proteiner har degeneration på grund av kemoterapi försenats i studier. Det pågår en pågående sökning, från och med 2011, för att hitta en vanlig metod för axondegeneration så att medicinska behandlingar kan förhindra det i en mängd olika fall.