中枢性性早熟是由于下丘脑-垂体-性腺轴过早的激活，提前增加了身体里面有一种激素叫促性腺激素释放激素，它的分泌的量和节律出现了问题，进一步出现了垂体黄体生成素和卵泡刺激素增高，并且有脉冲的分泌，导致性腺早早的苏醒、启动，出现性腺的发育，分泌性激素使得内外生殖器发育，第二性征出现。
这个过程是整个进行性的，出现整个生殖系统的发育成熟，最主要的原因是颅内特别是下丘脑部位出现了各种疾病，比如肿瘤或损伤。另外，中枢性性早熟最常见，占95%以上，中枢性性早熟是相对于周围性而言，周围性性早熟并不是真正的下丘脑-垂体-性腺轴真正的苏醒，而是由于外源性的性激素或者内源性的性腺出了问题，造成假性性早熟。