一、膀胱过度充盈引发神经刺激
膀胱是储存尿液的器官，正常情况下有一定容量。当长时间憋尿时，膀胱内尿液不断积聚，导致膀胱过度充盈，膀胱壁被拉伸，其表面分布的神经受到刺激，这种刺激会通过神经传导引起小腹疼痛的感觉。例如，正常膀胱容量约300-500毫升，若超过其耐受容量仍不排尿，膀胱壁张力明显增加，对神经的刺激就会引发痛感。
二、膀胱肌肉痉挛导致腹痛
膀胱由平滑肌组成，长时间憋尿使膀胱平滑肌处于持续紧张收缩状态，进而可能发生痉挛。平滑肌痉挛会引起腹部肌肉的牵扯性疼痛，表现为小腹痛。这种痉挛是身体对长时间憋尿的一种应激性反应，试图通过收缩来减少尿液继续积聚，但过度收缩就会引发疼痛。
三、憋尿引发泌尿系统炎症刺激
长期憋尿会使尿液在膀胱内停留时间过长，尿液中的细菌等微生物容易滋生繁殖，增加泌尿系统感染的风险，如膀胱炎。当发生膀胱炎时，膀胱黏膜处于炎症状态，炎症因子刺激周围神经，导致小腹出现疼痛症状，同时可能伴有尿频、尿急等其他泌尿系统刺激症状。从年龄角度看，儿童憋尿可能影响膀胱正常发育，导致膀胱功能紊乱，成年后更易出现憋尿后腹痛等问题；女性由于尿道短，相比男性更易因憋尿引发泌尿系统感染进而导致小腹疼痛；生活方式上，长期久坐、饮水少的人群憋尿后，尿液中代谢废物浓度高，更易刺激膀胱及尿道，增加腹痛发生几率；有泌尿系统基础疾病如膀胱结石、前列腺炎等病史的人群，憋尿会加重病情，使小腹疼痛症状更明显。