Cơ chế của các thể động kinh đã và đang dần được làm sáng tỏ. Đối với cơn động kinh cục bộ, các hoạt động kịch phát xuất phát từ một vùng của não sẽ hoạt hóa các vòng nối neuron ở những mức độ khác nhau làm hoạt động động kinh lan ra các vùng của não. Trong cơn động kinh toàn bộ, người ta cho rằng có thể các neuron được hoạt hóa, lan truyền và kiểm soát nhờ một mạng lưới đặc hiệu nào đó. Nhiều lý thuyết được đưa ra để giải thích cơ chế sinh bệnh của động kinh toàn bộ, tuy nhiên chưa có lý thuyết nào có thể cắt nghĩa đầy đủ được bản chất của thể động kinh này. Một số lý thuyết chính được đưa ra trong thời gian qua là:
- Lý thuyết dưới vỏ não trung tâm của Penfield và Jasper (1950): Các phóng lực động kinh xuất hiện đồng thời trên cả một vùng lan tỏa của não chứ không phải từ một ổ. Vùng này được xem như một não trung tâm bao gồm vùng dưới đồi, phần trên của thân não, gian não cùng hệ thống tiếp nối với hai bán cầu đại não, trong đó hệ thống lưới hoạt hóa đi lên đóng vai trò chủ chốt. Lý thuyết này giải thích được triệu chứng lâm sàng của các cơn động kinh toàn bộ như mất ý thức, hoạt động điện não bất thường hai bên, đồng bộ cùng một lúc.
- Lý thuyết vỏ não của Bancaud và Talairach(1960): Hoạt động động kinh xuất phát lúc đầu từ một ổ trên vỏ não (thường là thùy trán), sau đó nhanh chóng lan toàn bộ hai bán cầu.
- Lý thuyết hệ lưới-vỏ não của Gloor (1970): Lý thuyết này là sự kết hợp của hai lý thuyết trên. Dựa trên các kết quả thu được trên thực nghiệm, tác giả thấy có sự tham gia quan trọng, tự phát của đồi thị và vỏ não trong cơn động kinh toàn bộ.
- Cơ chế về gen:
Ngày càng có vai trò quan trọng trong động kinh, vấn đề thay đổi trong di truyền phân tử sinh học được thảo luận nhiều. Theo giả thiết này, cơn động kinh sẽ
gây nên sự sao chép di truyền thông qua các gen sớm (early genes) như gen C-fos, C-jun v.v… trong tế bào. Thông qua các cơn động kinh, những quá trình tín hiệu đặc hiệu nội bào có thể được cài vào các neuron, qua đó chúng tạo điều kiện cho quá trình động kinh mãn tính. Mỗi một quá trình sau phóng điện đều làm tăng quá trình thể hiện gen ( C-fos, C-jun, Crax 24m ARN) ở hồi hải mã. Anderman cho rằng các yếu tố di truyền khác và yếu tố môi trường có thể tương tác với những tác nhân gây động kinh tạo nên những biến thể khác.