毒性弥漫性甲状腺肿主要与自身免疫、遗传因素以及环境等多种因素有关。其中，自身免疫因素是较为关键的一点，约有15%的毒性弥漫性甲状腺肿患者有阳性家族史，遗传因素在其中起到一定作用。
自身免疫因素：抗体异常是关键
毒性弥漫性甲状腺肿患者体内会产生一种叫做促甲状腺激素受体抗体（TRAb）的特殊抗体。这种抗体可以刺激甲状腺细胞增生，并且促使甲状腺合成和释放过多的甲状腺激素。例如，TRAb中的甲状腺刺激免疫球蛋白（TSI）能持续刺激甲状腺细胞，让甲状腺功能处于亢进状态，进而引发毒性弥漫性甲状腺肿相关的一系列症状。
遗传因素：家族聚集有提示
研究发现，毒性弥漫性甲状腺肿具有一定的遗传倾向。如果家族中有亲属患有毒性弥漫性甲状腺肿，那么其他家庭成员患病的风险会比普通人群高一些。比如，同卵双生子同时患毒性弥漫性甲状腺肿的概率明显高于异卵双生子，这就表明遗传因素在其中起到了重要作用，但并不是说有家族史就一定会发病，只是相对风险有所增加。
环境因素：多种因素可诱发
一些环境因素也可能诱发毒性弥漫性甲状腺肿。比如，长期处于精神压力过大的状态下，可能会影响人体的免疫系统功能，从而增加发病风险。另外，感染因素也可能是诱因之一，像某些病毒感染后，可能会导致人体免疫功能紊乱，进而引发毒性弥漫性甲状腺肿。还有，过量摄入碘也可能诱发该病，因为碘是合成甲状腺激素的原料，过量碘摄入会刺激甲状腺激素的过度合成与分泌，对于有遗传易感性的人群来说，就容易诱发毒性弥漫性甲状腺肿。