巨结肠主要是由于肠道神经发育异常引起的。一般认为，在胚胎发育过程中，肠道神经嵴细胞迁移出现障碍，导致部分肠段神经节细胞缺失，从而使肠管持续痉挛，粪便通过受阻，近端肠管扩张肥厚。
先天性因素导致
胚胎发育时期： 在胚胎发育的第 6 - 12 周，是肠道神经嵴细胞迁移和定植的关键时期。如果受到某些因素影响，比如遗传因素，部分患儿存在相关基因的突变，就会干扰神经嵴细胞的正常迁移，使得远端肠管（通常是直肠、乙状结肠部位）神经节细胞缺如，引发先天性巨结肠。据统计，约有 20% - 30%的先天性巨结肠患儿存在家族遗传倾向。孕期不良因素影响： 孕妇在孕期如果接触有害物质，像某些化学毒物、辐射等，可能会影响胚胎肠道神经的发育。另外，孕期感染风疹病毒等，也可能增加胎儿患巨结肠的风险。
继发性因素相关
肠道炎症损伤： 某些肠道炎症性疾病，如坏死性小肠结肠炎，在病情严重时可能会损伤肠道神经组织。炎症导致肠壁神经节细胞受损，影响肠道正常的神经调控功能，进而可能引发类似巨结肠的表现。不过这种情况相对先天性因素来说发生率较低。肠道神经退行性变： 极少数情况下，后天因素导致肠道神经发生退行性变，也可能出现类似巨结肠的肠管运动功能异常。但这种情况非常罕见，多发生在一些有特殊神经系统疾病基础的患者身上。
神经节细胞缺失机制
神经节细胞缺失部位： 先天性巨结肠主要是远端肠管神经节细胞缺失，常见的是直肠和乙状结肠部位。由于神经节细胞缺失，该部位肠管不能正常松弛，导致粪便淤积在近端肠管，使近端肠管逐渐扩张、肥厚。对肠道功能的影响： 正常肠道神经节细胞能调控肠道的蠕动和排便反射，当远端肠管神经节细胞缺失后，肠道蠕动异常，粪便无法顺利通过狭窄的无神经节细胞肠段，近端肠管代偿性扩张，久而久之就形成了巨结肠的病理改变。