Des autoanticorps spécifiques du système nerveux sont présents dans certaines neuropathies. Chez 5 % des patients avec une IgM monoclonale bénigne, existe une polyneuropathie démyélisante. L'épitope HNK-1 (sulfo-glucuronyl) cible principale de l'IgM monoclonale, est présent sur des protéines de la myéline MAG, P0, PMP-22, des glycolipides SGPG et SGLPG et sur les lymphocytes NK CD57+. Dans le myélome ostécondensant avec organomégalie (POEMS), la cible de l'IgG ou IgA monoclonale reste inconnue. Les gangliosides sont des glycolipides sialylés. Des autoanticorps anti-ganglioside GM sont observés dans les neuropathies multifocales avec bloc de conduction et dans le syndrome de Guillain-Barré (SGP). Les antiganglioside GQ1b sont associés au syndrome de Miller et Fisher, qui est une variante du SGP avec ophtalmoplégie. Les syndromes neurologiques paranéoplasiques sont rares, moins de 1 % des cancers. Des anticorps antinucléaires, ANNA-1 (Hu) et ANNA-2 (Ri) spécifiques du neurone, des anticorps anti-cytoplasme de la cellule de Purkinje (PCA-1), des anti-cytoplasme des oligodendrocytes (anti-CV2) sont dépistés. Dans les myasthénies des syndromes paranéoplasiques, des anticorps anti-canaux calciques voltage dépendants (syndrome de Lambert-Eaton), anti-amphiphysine, anti-récepteur de l'acétylcholine, et anti-muscle strié sont dépistés. Ces anticorps peuvent permettre le diagnostic précoce d'un cancer occulte. Malgré le traitement, la neuropathie régresse rarement.