Không có một nguyên nhân đơn lẻ nào gây ra tự kỷ, song nhìn chung người ta chấp nhận rằng tự kỷ gây nên bởi bất thường về chức năng của cấu trúc não hoặc bất thường về chức năng của não. Chụp cắt lớp vi tính sọ não cho thấy một số bất thường về hình dáng, cấu trúc của não trẻ tự kỷ so với trẻ bình thường.
41
Giả thuyết cho rằng tự kỷ có liên quan đến di truyền: Những nghiên cứu hiện đại đã tìm thấy một số chỉ báo cho thấy những ảnh hưởng của gen đối với bệnh tự kỷ. Theo các nhà nghiên cứu thì trong số anh em của các trẻ mắc chứng tự kỷ có gần 3% mắc chứng tự kỷ và gần 3% khác mắc các chứng rối loạn phát triển lan tỏa. Ngoài ra một cặp sinh đôi đồng hợp tử có nhiều khả năng bị tự kỷ hơn so với cặp sinh đôi khác trứng.
Giả thuyết về bệnh lý ở não: Các nghiên cứu cho thấy rằng chất dẫn truyền thần kinh Serotonin rất quan trọng đối với sự vận hành của não có nhiều ở một số nhóm tự kỷ hơn người bình thường. Bên cạnh đó, một số trẻ mắc chứng tự kỷ và những rối loạn liên quan có nhiều vấn đề về hệ miễn dịch và sinh hóa.
Giả thuyết về rối loạn chức năng tâm lý: Các nghiên cứu đã tiến hành nhiều công trình khảo sát các dạng rối loạn chức năng tâm lý để xác định các chứng tật gây hành vi tự kỷ. Các công trình này khảo sát về ngôn ngữ, tập trung, chú ý, trí nhớ và kỹ năng thị giác - không gian. Có những trẻ bị tự kỷ do cách chăm sóc của cha mẹ, đặc biệt là do sự thiếu quan tâm của người mẹ.
Cùng có những bằng chứng cho thấy virus có thể gây ra tự kỷ. Nguy cơ trẻ mắc chứng tự kỷ sẽ tăng cao nếu người mẹ bị bệnh sởi trong 3 tháng đầu tiên của thời kỳ mang thai. Virus cytolomegalo cũng có liên quan đến tự kỷ. Ngoài ra hiện nay một số quan niệm tin rằng virus liên quan đến các loại vaccin như vaccin MMR dành cho bệnh sởi cũng có thể gây ra chứng tự kỷ.
Sự ô nhiễm và chất độc trong môi trường cũng được coi là nguyên nhân có thể gây ra tự kỷ. Năm 2001, các nhà nghiên cứu bang Texas - Mỹ phát hiện ra rằng số trẻ mắc bệnh tự kỷ tỷ lệ thuận với lượng thuỷ ngân được thải ra môi trường. Một ví dụ khác là thị trấn nhỏ Leomenster, Massachusetts với tỉ lệ tự kỷ cao. Nơi đây đã từng có một nhà máy sản xuất kính mát. Điều đặc biệt là tỉ lệ tự kỷ cao nhất ở những hộ nằm dưới hướng gió từ các cột khói của nhà máy.
42
Tuy nhiên, hiện nay càng có nhiều bằng chứng cho rằng tự kỷ là do nhiều vấn đề gây nên. Theo một số chuyên gia trong lĩnh vực tự kỷ ví dụ như tiến sĩ Edward Ritvo của đại học California, Los Angeles đưa ra giả thuyết rằng tồn tại một tố bẩm về gen liên quan đến tự kỷ. Tố bẩm này được mã hóa trong một số gen nhất định và dưới sự tương tác với một số nhân tố về môi trường hiện vẫn chưa xác định và gây nên sự thay đổi của hệ thống miễn dịch, hệ thống thần kinh cảm giác, não và cả cơ quan tiêu hóa. Những sự thay đổi này gây ra những triệu chứng lâm sàng ở cá nhân đó.