孤独症相关的病因和发病机制的研究目前尚不明确。孤独症可能是以遗传为主和环境相互作用结果导致的，遗传因素是重要的因素，特别是家系调查和遗传学的调查，还有分子生物学的调查，都显示孤独症与遗传密切相关，而且遗传度高达80%-90％。免疫的相关研究发现孤独症儿童存在免疫系统的异常，特别是淋巴细胞发生异常偏少，自然杀伤细胞数量也比较低，都一定程度上提示孤独症的发病。
母孕期不利的因素，也对孤独症的产生有重要的影响因素，特别是母孕高龄，母亲怀孕的时候父亲年龄大或者母孕期有先兆临产、病毒感染、吸烟，或者服用某些药物等密切相关。
通过神经生化的研究，孤独症与5-羟色胺水平有关系，大约三分之一的孤独症儿童血液中5-羟色胺平是增高的，虽然不是决定因素，但是与孤独症密切相关。