甲亢病因和發病機理至今尚未完全闡明。長期以來曾誤認為垂體TsH分泌過多所致，但放射免疫法測定本癥中TSH常很低甚至測不出，對TRH興奮試驗幾無反應，垂體切除后仍可發病，本病患者體中TSH細胞是遏制狀態，抗甲狀腺藥物過量時TSH可升高引起甲狀腺增生肥大而外源性地不能反而遏制本病中甲狀腺攝碘率，凡此事實均證明本病中垂體一甲狀腺軸功能正常，但TSH分泌并未增多，引起木病者實非TSH所致。據近二三十年來研究證明本病的發病主要是在遺傳基礎上因精神刺激等應激因素而誘發自體免疫反應所致。
早在1956年首先由Adams及Purves從本病病人血清中發現一物質當注入豚鼠可刺激甲狀腺攝碘，合成和釋放激素、腺體增生肥大，其作用頗似TsH，但較慢而持久，故稱長效甲狀腺刺激物(LATS)，后經詳細研究發現為一種稱IgG的免疫球蛋白，其特性與TSH的接近。此后，大具研究證明本病為自體免疫性疾病，間接證據有：腫大的甲狀腺及眼球后組織中有大量淋巴細胞及裝細胞浸潤。周圍血循環中淋巴細胞一定值和%增高，伴淋巴結、胸腺和阿臟淋巴組織增生。病員本身及其家屬常同時或先后發生其他甲狀腺自體免疫性疾病，如橋水甲狀腺炎、粘液性水腫、浸潤性突眼等。患者本身或其衰屬發生其他自體免疫性病者常較多見，如重癥肌無力、I型糖尿病、您性貧血、萎縮性胃炎等。病員及其家民血循環中抗甲狀腺及胃抗體陽性率及其滿定價往往較高，甲狀腺內有IgG.IgAIgM沉積。
認為本病為自體免疫性疾病的直接證據有：①體液免疫方面，據目前所知多種抗甲狀腺細胞成分的抗體中、針對TSH受作為抗原的甲狀腺刺激性抗體，或稱甲狀腺刺激性免疫球蛋白(TSI)或TSH受體抗體(TRAb)，能從95%病員血清中檢出，具有遏制TSH而與TSH受體或具有關組織結合，從而激活腺苦環化酶與加強甲狀腺細胞功能。此種抗體能通過胎盤引起新生兒甲亢。甲亢治療停藥后如持續陽性可導致復發。②細胞免疫方面，除前述性證外日證實此種抗體系由B淋巴細胞所產生。
本病為自體免疫病已確信無疑，但其發病機理尚多推測，尤其是始動原因不明。據目前認識，可能由于病體Ts細胞的免疫監護和調節功能有遺傳性缺陷，當精神刺激、感染等應激時，體內免疫穩定性被破壞，”禁株”細胞失去控制，其結果引起產生TSI的B細胞增生，在Th細胞的輔助下分泌大量自體抗體TSI而致病。