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Tau蛋白是一种低分子量含磷糖蛋白，分布在中枢神经系统内，当Tau蛋白发生高度磷酸化、异常糖基化、异常糖化及泛素蛋白化时，便失去对微管的作用，神经纤维开始退化。Andreasen等研究了16例MCI患者的脑脊液中Tau蛋白和Aβ（1-42）水平。发现其中14例Tau蛋白显著增高、Aβ（1-42）水平显著减低，与在AD患者中所见类似。提示脑脊液中有Tau蛋白增加与Aβ（1-42）水平下降的MCI患者将很有可能会转化为AD。Riemenschneider等在一项纵向研究中随访18个月后发展成为AD的所有MCI患者或进展型MCI患者，发现在MCI阶段脑脊液中Tau蛋白水平都升高，而随访后仍为静止型的MCI患者，其脑脊液中的Tau蛋白水平却没有升高。经Logistic回归分析表明，脑脊液中Tau蛋白升高是认知功能减退的预测因素。Andreasen等研究了44例1年后转化为AD的MCI患者，发现79.5％患者脑脊液中Tau蛋白明显增高，70.4％患者CSF中Tau蛋白明显增高，77.3％患者CSF中AI3l42浓度水平明显下降。可见脑脊液中Tau蛋白水平对于预测MCI患者是否会发展为AD有一定价值。
β-淀粉样蛋白（β-amyloidprotein，Aβ），是AD患者老年斑的主要成分，Aβ是检测MCI和AD患者及监测MCI进展的重要指标。Ham pel等的研究结果显示，MCI组脑脊液Tau蛋白含量增高则脑脊液Aβ（1-42）浓度降低。这两个标记物在鉴别PMCI的准确性都相当高，Aβ（1-42）的敏感性为59％，特异性为100％，而脑脊液Tau蛋白的敏感性为83％，特异性为90％。脑脊液Aβ（1-42）对预测MCI是否向AD转化的特异性很高，还可区分患者是属于PMCI还是SMCI。
胆碱能系统在学习和记忆过程中具有重要的作用，这一点也在临床实践中得到证实。Kosky等发现，在MCI患者中，ChT活性在优势额叶及海马中和无认知功能障碍老年人相比明显升高，而在非优势顶叶、优势颞叶和扣带回皮质，MCI患者、轻度AD患者和无认知功能障碍老年人ChT活性无明显差异。但同时此研究还发现在严重的AD患者中，非优势顶叶ChT活性明显低于无认知功能障碍老年人。该结果表明，老年患者和轻度MCI患者的认知功能障碍与胆碱酸转移酶活性无关，至少不会只是因胆碱能系统功能失调所引起。额叶和海马ChT活性上调可能是机体防止轻度认知功能障碍加重并转化为AD的一个代偿性机制。重要的是MCI患者ChT活性明显升高且选择性出现在Brak分期的边缘系统期，即内嗅-海马、Ⅲ／Ⅳ期。Ikonomovic等发现，MCI患者出现的短时记忆障碍的原因可能不是胆碱能系统功能障碍，更可能与内嗅区和海马的联系受损有关。
脂代谢异常会导致动脉硬化，而动脉硬化，尤其是脑动脉硬化可降低脑血流，使脑代谢受损，导致老年认知功能减退。Kivipelto等研究表明，中青年血清胆固醇升高（≥6.5mmol/L）是MCI的一个重要危险因素。朱红莲等通过常规酶法测定比较MCI患者和100例年龄相当的正常对照者血清总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白（LDL）和高密度脂蛋白（HDL）水平，发现MCI患者TC、TG和LDL水平明显高于对照组，HDL水平明显低于对照组，表明MCI患者存在一定的脂质代谢紊乱，TC、TG和LDL水平的升高或HDL的降低可能与MCI发病有一定的关系。Papassotiropoulos等通过气相色谱分析物质光谱测定法，发现早期AD和MCI患者脑脊液中24-羟基胆固醇水平升高，这是神经元变性过程中胆固醇转化为24-羟基胆固醇的结果。