颅脑先天畸形的发病机制到目前为止尚未完全明确，目前研究表明与遗传因素、环境因素、神经发育因素有关。
一、主要病因
1、遗传因素：部分研究显示约有10~20％的颅脑发育畸形为遗传因素(包括染色体显性或隐性遗传)所致。
2、环境因素：有研究显示子宫内环境的异常(包括子宫缺氧、感染和营养障碍等因素)是导致颅脑先天畸形的重要发生因素。
3、神经发育因素：先天颅脑发育畸形可能是由于胚胎期神经系统发育异常所致，具体机制不详。
二、诱发因素
1、突变基因：目前认为10～15％的先天畸形是由于突变基因引起的。由于这类畸形是按照孟德尔定律遗传，故可推断出这类患者的后代及其亲属中发生此种畸形的机率。
2、化学物质：近年来对环境中的化学物质(包括工业污染物和食品添加剂)致畸作用引起了注意。如猪肉被汞污染是由于猪吃了用含汞的农药喷洒过的作物所长出的谷物。
3、放射物质：电离辐射有强烈的致畸作用。在胚胎发育的敏感期(胚胎的第2～8周)母亲照射大剂量X线或进行镭疗，可能会引起胎儿小头、智力迟钝和骨骼畸形等。