咖啡斑形成的原因目前尚未完全明确，一般认为与遗传因素密切相关，约70%的咖啡斑患者有家族史。
遗传因素导致
常染色体显性遗传：咖啡斑是一种常染色体显性遗传性皮肤病，父母一方如果携带相关致病基因，有一定概率遗传给子女。据统计，约有70%的咖啡斑患者存在家族遗传倾向，也就是说家族中有直系亲属患有咖啡斑，那么其他成员患咖啡斑的风险相对会增加。基因变异影响：特定基因的变异会影响黑色素细胞的功能和分布等，从而导致咖啡斑的形成。目前已经发现一些与色素沉着相关的基因发生突变时，可能会引发咖啡斑的出现。
胚胎发育过程中出现异常
神经嵴细胞异常分化：在胚胎发育早期，神经嵴细胞的异常分化可能影响到皮肤中黑色素细胞的发育和分布。正常情况下神经嵴细胞会迁移到皮肤等部位发育成黑色素细胞，但如果这个过程出现异常，就可能导致黑色素细胞在皮肤内的分布不均匀，进而形成咖啡斑。黑色素合成与转运异常：胚胎发育时，黑色素细胞合成黑色素以及转运黑色素的过程出现异常，也会促使咖啡斑的形成。比如黑色素合成增多，或者黑色素在细胞间的转运出现障碍，都可能使得局部皮肤黑色素沉着，表现为咖啡斑。
其他可能相关因素
激素水平变化：在某些特殊时期，如青春期、孕期等，体内激素水平的变化可能会对咖啡斑产生一定影响。有研究发现，孕期女性体内激素水平波动较大时，部分原本没有咖啡斑的女性可能会出现新的咖啡斑，或者原有咖啡斑颜色加深、面积增大等情况，但具体机制还需进一步深入研究。不过这种情况相对遗传因素来说，影响程度可能相对有限，但也是需要考虑的一个方面。环境因素的潜在作用：虽然环境因素不是咖啡斑形成的主要原因，但长期暴露在紫外线等环境因素下，可能会对皮肤产生刺激，在一定程度上影响皮肤中黑色素的代谢，可能会加重已有的咖啡斑症状，不过一般不会直接导致咖啡斑的原发形成。例如长期在太阳下暴晒的人群，如果本身有咖啡斑，其咖啡斑可能会比防晒措施做得好的人群颜色更重、状态更明显。