发病机理尚有未完全清楚，尽管众多医学工作者对突眼进行病因探索，但仍没有定论。目前普遍认为和自身免疫有关。近年来研究的进展认为可能与下列因素有关。
1、遗传因素：人类细胞相容性抗原（HLA）与突眼有密切的关系，伴有突眼的
甲亢患者中HLABgDR3位点阳性则明显多于无突眼的
甲亢患者。
2、自身免疫体外细胞培养动物模型
1、体液免疫：一般认为，突眼症是自身免疫性疾病。眼部可能与
甲状腺一样，存在有菜同的抗原决定簇，TSH受体抗原，
甲状腺球蛋白－抗
甲状腺球蛋白抗体免疫复合物，细菌，病毒等外来抗原的抗体等也可能在发病中起作用。中有资料支持眼组织内存有器官特异性抗原，属于独立的脏器特异性自身免疫性疾病。内分泌浸润性突眼症患者的血液中已检出眼外肌的64KDa蛋白及其特异性抗体，据推测，突眼症的发生可能和这种蛋白有关系。
2、细胞免疫：研究突眼症患者眼外肌的T细胞发现，这种T细胞有识别眼外肌抗原的能力，能刺激T细胞增生并发生移动抑制因子，不少患者存有抗体，依赖性细胞介导细胞毒作用（ADCC），突眼症患者NK活性一半多低下，所以自身抗体生成呈亢进状态。
3、球后成纤维细胞的作用：免疫组化染色表明眼外肌，脂肪细胞，炎症浸润细胞中存在有IGF－I。而IGF－I和成纤维细胞生成因子（FGF）具有刺激成纤维细胞的作用。因此突眼的发病与此有关。
4、环境因素：径观察
甲亢患者，发现伴突眼者83%吸烟，而无突眼者仅40%吸烟，提示吸烟有可能参与突眼的发生。
由此看来，遗传因素、细胞免疫、体液免疫、球后成纤维细胞的作用及环境因素共同作用是突眼发生的原因。
