新生儿溶血病的最严重的并发症就是胆红素脑病。尤其在早产儿更容易出现。多发生于出生之后4天到7天左右的时间。临床上可将胆红素的并分为四期。警告期，患儿可以有嗜睡，反应低下，吸吮无力，拥抱反射减弱等表现。持续时间一般会在12小时到24小时。痉挛期，患儿会出现抽搐，角弓反张，发热等症状。轻者仅有双目凝视，严重的会出现肌张力增高，呼吸暂停甚至角弓反张。此期持续时间约为12小时到48小时。
恢复期，患儿吃奶反应好转抽搐的次数减少，角弓反张消失，肌张力逐渐恢复。此期也持续两周的时间。后遗症期，患儿可能表现为胆红素脑病四联症，包括手足抽搐，眼球运动障碍，听觉障碍以及牙釉质发育不全等表现。