甲状腺相关眼病的病因和发病机制至今尚未完全揭示清楚，但已得到公认甲状腺相关眼病是一种自身免疫或者器官免疫性疾病，并且与全身内分泌系统的功能状态密切相关。发病机制可能与体液免疫、细胞免疫、球后促甲状腺素受体的异常表达等因素关系密切，也与种族、遗传及生活方式相关。可见于任何年龄，中青年多见，伴有甲状腺功能亢进的女性多见。
一、主要病因
1、甲状腺和眼眶组织的共同抗原学说：Grave's病是自身免疫性疾病，可以不同程度地累及甲状腺，眼部及皮肤。促甲状腺激素受体是甲状腺中重要的自身抗原之一，而促甲状腺激素受体抗体(TRAb)又是导致Grave's病的主要原因。眼外肌膜上的成纤维细胞，球后脂肪组织的脂肪细胞和成纤维细胞膜上均有TSH-R的存在。有研究还发现Grave's眼病患者促甲状腺激素受体的mRNA水平与行眶减压术患者离体脂肪细胞促甲状腺激素受体表达的量及眼病活动度的评分成正比。
2、胰岛素样生长因子-1受体(IGF-1R)：Grave's病患者的IgG可以诱导甲状腺相关性眼病眶成纤维细胞表达IL-16和RANTES，而这些细胞因子在甲状腺相关性眼病患者的T细胞的趋化和活化上起到诱导作用，使得自身免疫反应可以持续进行；此外，Grave's 病的IgG还可以促进眶成纤维细胞透明质酸的合成，不仅可使透明质酸产生增加。亦释放出信号分子，刺激活性T细胞进人炎性区域浸润。IGF-1R介导了这一过程。Grave's 眼病患者循环中存在的IGF-1R自身抗体作用于成纤维细胞。使其分泌更多的透明质酸或是向脂肪细胞分化，参与Grave's眼病的发病过程。
3、遗传因素：Grave's眼病思者HLA单倍体以 B8 、 DR3多见，提示两者之间存在某种相关性。Grave's眼病患者与P1(成纤维细胞表达P血型抗原)血型有关，Grave's眼病患者中Pl阳性者较Grave's病无眼病者多见。
4、眼肌膜蛋白抗原：有两种眼肌膜蛋白抗原，G2s蛋白和黄素蛋白(Fp)也与Grave's眼病的发生有关。
5、环境因素：目前认为吸烟是发生 Grave's眼病的一个危险因素，83%Grave's眼病患者吸烟，吸烟者眼病程度较非吸烟者严重。烟草中的尼古丁或焦油可刺激成纤维细胞HLA-DR抗原产生过多的黏多糖，并可导致可溶性IL-1受体拮抗药( sIL-1RA)减少使IL-1 作用增强而引起Grave's眼病。
二、诱发因素
甲状腺相关眼病诱发因素与甲状腺炎、外伤、手术、辐射、肿瘤、妊娠期等相关，这些因素可能诱导自身免疫反应。