自闭症又称孤独症，其发病主要是以遗传因素为主，是遗传因素和环境因素相互作用而导致的结果。基本病因是遗传因素，自1980年以来，各种研究均显示孤独症与遗传因素关系非常地密切，且遗传度高达80-90%。另外，目前的研究显示，孤独症患者存在脑结构和功能的异常，部分孤独症患者存在小脑发育不良、脑干萎缩、杏仁核缩小、胼胝体缩小、海马缩小、侧扣带缩小，早期脑体积增大等。
此外，生物学机制存在氧化应激，即过氧化物增加，抗氧化能力减弱。还有认为存在免疫异常，即母孕期和出生后的免疫功能异常和神经炎症反应。另外，还有脑-肠轴假说，即肠道菌群异常，导致免疫异常或营养素转化吸收困难，最终影响神经发育和功能。还有兴奋抑制假说，即谷氨酸和γ-氨基丁酸失衡。还有神经肽类假说，即某些神经肽异常，例如催产素、精氨酸、后叶加压素、褪黑素异常等。
除此之外，还有内源性大麻素假说，即内源性大麻素系统异常，例如大麻素受体1，基因表达下调，内源性配体AEA浓度降低。还有离子通道异常假说，即钙离子、钾离子等通道异常。还有营养素缺乏假说，即因外源性或内源性原因导致营养素缺乏，例如叶酸、维生素D3、维生素B族等缺乏。
目前还有学者探讨重金属、空气污染等与孤独症之间的关系，但研究尚未得到一致的结论。但其诱发因素认为主要与其受母孕期不利因素所影响。有研究显示，母孕期不利因素是孤独症的危险因素，包括母孕期高龄，母亲怀孕时父亲年龄较大，母孕期有先兆性流产，病毒感染、吸烟、服用某些药物、情绪不稳、出生时缺氧或窒息等，这些因素都有机会诱发疾病的可能。
此外，还有后天的环境因素，特别是在患儿大脑发育关键期，其接触不良的环境因素，也会导致发病可能性的增加。
