目前关于神经母细胞瘤真正的病因尚不清楚，一些遗传易感因素被发现与神经母细胞瘤的发病相关。家族型的神经母细胞瘤被证明与间变淋巴瘤激酶的体细胞突变所导致。
此外，神经母细胞瘤还发现有许多分子突变，N-myc基因的扩增突变在神经母细胞瘤也很常见。其扩增类形成双向分布，在一个极端为3-10倍扩增，在另一个极端为100-300倍的扩增。
N-myc基因的扩增突变往往与肿瘤的扩散相关，LMO1基因被证明与肿瘤的恶性程度相关。由于神经母细胞瘤往往发生于婴幼儿，因此有许多研究集中调查环境危险因素对怀孕以及孕期的影响。
例如怀孕期间是否接触化学危险品、吸烟、饮酒、药物感染等，但是这些研究略有明确的结果。