基因因素 首先要明确的是，孤独症谱系障碍没有单一的致病因素，就好像每个有孤独症的个体都各不相同一样。现有的研究证据显示，孤独症谱系障碍可能是由一系列原因所共同导致的，包括基因因素、神经生物学因素和环境因素，这些因素导致个体表现出特征性的行为症状。 大部分科学家都认为孤独症谱系障碍受到遗传基因差异或突变的影响。研究证据显示，男孩患孤独症的概率要高于女孩，这可能是受到与X染色体相关的基因差异影响；对双胞胎的研究发现，同卵双胞胎都患孤独症的概率大约是60%-90%，但这一比例在异卵双胞胎中是0%-10%；差不多20%的有患有孤独症的哥哥或姐姐的婴儿后来也被诊断为孤独症；如果有一个以上的、患有孤独症的兄弟姐妹，儿童患孤独症谱系障碍的风险会更高。在快速、精确的基因序列测定工具和大量DNA样本的帮助下，科学家们在确定与孤独症相关的基因因素方面取得了重大进展。 到目前为止，已经有超过100个的孤独症风险基因被发现。大约15%的孤独症个体有明确的基因突变，但在大多数情况下，仍然是风险基因和环境因素之间复杂的作用影响了个体早期的脑部发展，导致其发展出孤独症谱系障碍。
神经生物学因素 基因编码的异常可能造成脑部发育的异常机制，导致大脑的结构和功能异常，认知和神经生物方面的异常，以及症状性行为。 和孤独症谱系障碍的诊断相关的神经生物学表征包括： （1）和多个脑区相关的基因编码发展出现问题：包括大脑的额叶和前颞叶、尾状核和小脑； （2）大脑结构性和功能性的发展异常：包括额叶和颞叶的灰质增加；到青春期阶段，与大脑灰质相比，大脑白质减少；在小脑和大脑边缘系统的解剖结构和功能性上的差异； （3）大脑对环境反应的差异：包括婴儿期对动态视线转移的神经敏感性降低；与社会加工相比，更偏向于非社会性加工，并在事件相关电位上存在左右脑不对称性；社交神经发展（与社交决定、社交情绪相关的神经发展）的规范模式受损，导致对社会刺激的注意力下降。
环境因素 在孤独症风险基因存在的前提下，一些非基因因素或环境因素的影响进一步增加了儿童发展出孤独症谱系障碍的风险。最常见的环境风险因子包括儿童出生之前和出生时所受到的环境影响。例如，怀孕时父母的年龄比较大（包括父亲和母亲的年龄）、怀孕时母亲生病、极度早产儿（妊娠期小于32周）、过低的出生体重、难产，特别是那些包含了生产过程中婴儿脑部缺氧的难产过程；过度暴露于农药或各种空气污染也可能增加母亲怀上有孤独症的宝宝的风险。但是我们必须牢记，这些环境因素本身是不会造成孤独症谱系障碍的，只有和基因风险因素相结合，才可能在一定程度上增加儿童的患病风险。