โรคออทิซึมมีสาเหตุมาจากภาวะต่างๆ มากมาย ซึ่งสาเหตุ และสิ่งเหล่านั้น ทำให้พัฒนาการ ของสมอง ผิดปกติไป อาจจะเกิดได้ตั้งแต่ระหว่างเด็กอยู่ในครรภ์มารดา ระหว่างการคลอด หรือภายหลังคลอด เช่น มารดาที่เป็นโรคหัดเยอรมันระหว่างตั้งครรภ์ เด็กที่เป็นโรคทิวเบอร์รัส สเคอร์โรสีส ตั้งแต่กำเนิด เด็กขาดออกซิเจนในระหว่างคลอด การเจ็บป่วยของเด็กภายหลังคลอด อาทิ โรคสมองอักเสบ แม้แต่การเป็นโรคหัด ไอกรน ที่มีภาวะแทรกซ้อน ก็อาจเป็นสาเหตุทำให้พัฒนาการของสมองผิดปกติได้ มีหลักฐานหลายอย่างที่แสดงว่า เด็กออทิสติกมีความผิดปกติทางหน้าที่ของสมอง เช่น เด็กออทิสติกร้อยละ ๒๕ - ๓๐ จะมีอาการของโรคลมชักในระยะเริ่มเข้าสู่วัยรุ่น จากการตรวจคลื่นสมองด้วยไฟฟ้าในเด็กออทิสติก พบว่า มีความผิดปกติของคลื่นสมอง แบบไม่เฉพาะเจาะจง (non - specific) มากกว่าเด็กทั่วไป และมีขนาดของสมองโตกว่าเด็กทั่วไปเล็กน้อย โดยไม่ได้มีมาตั้งแต่แรกเกิด แพทย์ทางระบบประสาทและพยาธิวิทยาได้ทำการศึกษาวิจัย พบว่า สมองของเด็กออทิสติก มีเซลล์ของสมองผิดปกติอยู่ ๒ แห่ง คือ บริเวณที่ควบคุมด้านความจำ อารมณ์ และแรงจูงใจ อีกบริเวณหนึ่งจะควบคุมเกี่ยวกับการเคลื่อนไหวของร่างกาย ลักษณะของเซลล์สมองทั้งสองแห่ง เป็นเซลล์ที่ไม่พัฒนาไปตามวัยของเด็ก

            เนื่องจากพบเด็กออทิสติกในคู่แฝดจากไข่ใบเดียวกัน มากกว่าคู่แฝดที่เกิดจากไข่คนละใบ และอัตราส่วนของออทิซึมในพี่น้องท้องเดียวกัน พบถึง ๑ : ๕๐ ส่วนในเด็กทั่วไป พบ ๑ - ๒ : ๒,๐๐๐

            อย่างไรก็ตาม ยังไม่สามารถบอกได้ถึงสาเหตุที่แน่นอน แต่มีผู้ที่ทำการวิจัย และศึกษาเรื่องนี้อย่างจริงจัง โดยต่างก็ตั้งความหวังไว้ว่า สักวันหนึ่ง อาจจะสามารถวิเคราะห์ ถึงสาเหตุที่ทำให้เกิดความผิดปกติทางหน้าที่ของสมอง ที่ทำให้เกิดภาวะนี้ได้ ส่วนปัจจัยทางการเลี้ยงดูนั้น ไม่ใช่สาเหตุโดยตรง แต่เป็นสาเหตุเสริม ที่จะทำให้เด็กที่เป็นออทิสติกอยู่แล้ว มีอาการมากขึ้น หรือช่วยให้อาการของเด็กดีขึ้นได้