原发性痛经主要是由子宫内膜前列腺素合成与释放异常引起的，据统计，约90%的原发性痛经女性体内前列腺素F2α和前列腺素E2含量会明显升高，导致子宫平滑肌过强收缩、血管痉挛，造成子宫缺血、缺氧状态，从而出现痛经。
子宫内膜前列腺素因素
前列腺素合成异常： 女性月经期间，子宫内膜会合成前列腺素，当合成的前列腺素F2α增多时，会使子宫肌层过度收缩，血管痉挛，引起子宫缺血、缺氧，进而引发痛经。而且前列腺素E2也会参与其中，它能让子宫收缩加强，加重痛经症状。前列腺素释放增加： 子宫内膜细胞中有一种酶，会促使前列腺素释放增加，在月经来潮时，这种酶活性增强，使得大量前列腺素释放，刺激子宫收缩，导致痛经发生。
子宫收缩异常方面
子宫平滑肌过强收缩： 原发性痛经女性的子宫平滑肌收缩往往比正常女性更强烈且不协调，这种强烈而不协调的收缩会影响子宫的血液供应，造成子宫缺血缺氧，引发疼痛。一般这种过强收缩会持续一段时间，使得痛经症状较为明显。子宫收缩频率加快： 正常情况下子宫收缩有一定的频率和节律，而原发性痛经患者子宫收缩频率加快，频繁的收缩会不断刺激子宫神经，导致疼痛感觉持续存在，加重痛经程度。
神经递质影响因素
5-羟色胺等神经递质作用： 体内的5-羟色胺等神经递质也和原发性痛经有关。5-羟色胺水平异常时，会影响子宫的神经调节，导致子宫收缩和疼痛感觉的异常。比如5-羟色胺减少时，可能会使子宫对疼痛更加敏感，从而加重痛经症状。神经递质失衡： 月经期间体内神经递质平衡被打破，一些与疼痛传导相关的神经递质失衡，使得子宫疼痛信号更容易被传递和感知，使得痛经表现得更为明显，让女性感受到较为强烈的疼痛。