原发性甲亢的病因迄今尚未完全明了。由于病人血中的TSH浓度不高，有的还低于正常；甚至应用TSH的促激裹也未能刺激这类患者血中的TSH浓度升高，以后在患者血中发现了两类刺激甲状腺的自身抗体，因此确定原发性甲亢是——种自身免疫性疾病。两类抗体中，一类是能刺激甲状腺功能活动、作用与TSH相似但作用时间较TSH持久的物质（TSH半衰期仅30分钟而该物质为25天）因此称为“长效甲状腺激素”；另一类为“甲状腺刺激免疫球蛋白”，两类物质都属于G类免疫球蛋白，来源于淋巴细胞，都能抑制TSH，而与TSH受体结合，从而加强甲状腺细胞功能，分泌大量T3和T4.至于继发性甲亢和高功能腺瘤的病因，也未完全清楚。病人直中长效甲状腺刺激激素等的浓度不高，或许与结节本身自主性分泌紊乱有关。
