Le cause di tale malattia sono diverse: sicuramente si riscontra un fattore immunitario, forse geneticamente determinato pensando anche al fatto che è stata riscontrata una trasmissione in via ereditaria familiare dei soggetti colpiti, capace di scatenare nella persona una reazione anticorpale contro i propri ormoni e tessuti tiroidei, caratterizzata dalla stimolazione incontrollata della tiroide a produrre molti più ormoni tiroidei (T3 e T4) del necessario. Nel morbo di Basedow l'ipertiroidismo è causato da auto-anticorpi contro il recettore TSH della tiroide. Tali auto-anticorpi sono degli anticorpi che competono attivamente con il TSH. Ciò significa che una volta identificato il recettore si legano a quest'ultimo sui suoi siti di legame attivando così la cascata enzimatica che porta alla formazione degli ormoni tiroidei. La risposta al feedback negativo di autoregolazione che coinvolge ipotalamo e ipofisi rimane attivo, infatti i livelli di TRH e TSH sierici sono bassi ma la presenza degli auto-anticorpi rende inutile il meccanismo a feedback, mantenendo attiva la produzione degli ormoni.