Điều trị viêm màng não mủ cần tiến hành sớm, theo dõi chặt chẽ để thay đổi điều trị thích hợp và xử trí nhanh chóng các biến chứng. Điều trị gồm có hai phần chính: điều tri đặc hiệu và điều trị nâng đỡ

1. Điều trị đặc hiệu là điều trị bằng kháng sinh nhằm tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh. Điều trị này thường tiến hành ngay sau khi chọc dịch não tủy nếu nghi ngờ viêm nàng não mủ. Đôi khi tình trạng bệnh nhân chưa cho phép chọc dịch não tủy thì việc điều trị bằng kháng sinh vẫn có thể tiến hành. Kháng sinh ban đầu khi chưa có xét nghiệm kháng sinh đồ thường được chọn dựa vào tần suất gây bệnh của các loại vi khuẩn, khả năng thấm qua hàng rào mạch máu - não, ít gây các tác dụng không mong muốn (hay tác dụng phụ). Kháng sinh ban đầu cho trẻ lớn thường chọn là một cephalosporin thế hệ thứ ba như Cefotaxime (Claforan) với liều từ 200–300 mg/Kg/ngày tiêm vào tĩnh mạch chia 3 đến 4 lần, hay một ceftriaxon (như Rocephine, Megion) liều 100–150 mg/Kg/ngày tiêm vào tĩnh mạch chia hai lần. Ở trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ không bao giờ được dùng cephalosporin thế hệ thứ ba đơn độc mà thường kết hợp thêm ampicillin và/hoặc gentamycin. Sau khi có kết quả kháng sinh đồ thì điều trị theo kháng sinh đồ. Điều trị thường kéo dài từ 10 ngày đến 3 tuần tùy theo loại vi khuẩn.
2. Điều trị nâng đỡ, hay còn gọi điều trị hỗ trợ, cũng đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong thành công của điều trị. Điều trị này bao gồm bảo đảm thông khí và cung cấp đủ oxy cũng như thải khí carbonic, hạ sốt, chống phù não, kiểm soát co giật, cân bằng nước-điện giải, phát hiện hội chứng tăng tiết ADH bất thường, đảm bảo dinh dưỡng, chống vảy mục, vật lý trị liệu...