甲亢突眼的病因和发病机制其实并不是特别清楚，目前认为甲亢突眼是一种多因性的疾病。它的发病原因与遗传易感基因多态性、自身免疫、眶内成纤维细胞活性改变以及多种环境因素，比如像吸烟、性别等都有关系。
因为甲亢，尤其是弥漫性毒性甲状腺肿是自身免疫性疾病，可以不同程度的累积到甲状腺、眼部以及皮肤，所以抗甲状腺激素受体是甲状腺中重要的自身抗体之一，而这种抗体又是导致弥漫性毒性甲状腺肿的最主要病因。有学者认为，它与甲亢眼病有相关的交叉抗原的作用，所以这也是发生甲亢突眼的最主要的原因。