Không có một nguyên nhân duy nhất cho RLPTK. Nghiên cứu về nguyên nhân của RLPTK tập trung vào lĩnh vực di truyền, môi trường , vi môi trường. Tuy chưa xác định được nguyên nhân duy nhất và bệnh học của RLPTK, các nhà nghiên cứu thống nhất một số nguyên nhân sau[48]:
1.3.3.1. Yếu tố di truyền
Những phân tích đã chỉ ra rằng những vùng NST 7,2,4,15,19 là gen cơ bản của RLPTK. Anh, chị em của trẻ bị RLPTK có nguy cơ mắc RLPTK cao hơn 50-200 lần. Tỷ lệ RLPTK trong hai nghiên cứu lớn trên các cặp song sinh cùng trứng là 96% và 27% ở cặp khác trứng. Nhiều trẻ song sinh cùng trứng nếu không mắc RLPTK cũng gặp khó khăn về nhận thức, dù thời kỳ chu sinh không có bất kỳ biến chứng; điều này cho thấy sự tổn thương của gen trong thời kỳ chu sinh có thế dẫn đến RLPTK.
Hội chứng NST X dễ gãy có liên quan đến RLPTK. Có 1% trẻ RLPTK có hội chứng NST X dễ gãy. Trẻ NST X dễ gãy thể hiện bất thường trong vận động thô và vận động tinh, ngôn ngữ diễn đạt kém hơn. Gần 2% trẻ có RLPTK có xuất hiện bệnh xơ cứng củ, là một rối loạn gen với những u lành tính.
1.3.3.2. Yếu tố sinh học
Có từ 4 - 32% trẻ RLPTK kèm các cơn động kinh lớn ở một vài thời điểm. Điện não đồ EEG cho thấy tỷ lệ 10-83% có bất thường về điện não đồ ở trẻ RLPTK. Một số nghiên cứu lại chỉ ra rằng một bên não của trẻ tự kỷ bị tổn thương. Hình ảnh cộng hưởng tử MRI cho thấy một số ít trẻ tự kỷ có các thùy não VI và VII bé hơn, cấu trúc vỏ não và các nếp nhăn ở não nhỏ; đặc biệt phản ánh sự di trú không bình thường ở các tế bào thần kinh trong 06 tháng đầu thai kỳ. Một tỷ lệ lớn các biến cố ở thời kỳ chu sinh có thể ảnh hưởng tới chẩn đoán RLPTK sau này. Người mẹ chảy máu sau 03 tháng đầu, phân của trẻ trong dịch ối có thể được ghi nhận ở trẻ RLPTK.
Có một số bằng chứng cho rằng có sự giãn rộng thể tích chất xám và chất trắng trên vỏ não ở trẻ RLPTK 2 tuổi. Chu vi vòng đầu có bất thường ở tháng 12. Thể tích não lớn, mặc dù có đầu nhỏ, cụ thể là thể tích lớn ở thùy chẩm, đỉnh và thái
dương. Thùy thái dương được cho là một cho những vùng quan trọng trong cơ sở sinh học thần kinh của RLPTK. Những bệnh nhân có các khó khăn gần giống với tự kỷ đều có tổn thương ở vùng thái dương. Khi mà vùng thái dương bị tổn thương, các hành vi xã hội thông thường mất đi; sự bồn chồn, lặp đi lặp lại hành động, hạn chế vận động.
Nguyên nhân tự kỷ xuất phát từ yếu tố sinh hóa. Có một số nghiên cứu đã báo cáo những người RLPTK có nguy cao tăng nồng độ Serotonin. Mức độ acid homovanillic (chất chuyển hóa dopamine) ở dịch não tủy liên quan tới biểu hiện rập khuôn và thu rút xã hội. Serotonin, chất được tìm thấy tăng lên trong 1/3 người có RLPTK có tỷ lệ nghịch với chất acid 5-hydroxyindeacetic và Acid homovanillic , khi các chất này càng nhiều, có một số bằng chứng cho thấy mức độ nghiêm trọng của các triệu chứng giảm đi.
Bên cạnh đó, yếu tố môi trường cũng cho thấy có liên quan đến RLPTK. Tình trạng phơi nhiễm valproate, thalidomide, rượu và testoterone trong thai kỳ hoặc nhiễm trùng bào thai (rubella, cytomegalovirus), sanh non, nhẹ cân, sanh ngạt và bệnh não sơ sinh cũng làm tăng nguy cơ RLPTK. Cha mẹ lớn tuổi sinh con có nguy cơ mắc RLPTK cao hơn[24].