Si ritiene che tutte le forme di sindrome di Guillain-Barré siano dovute a una risposta immunitaria ad antigeni estranei (ad esempio agenti infettivi) che colpisce erroneamente i tessuti nervosi, per via di un fenomeno chiamato mimetismo molecolare. Gli obiettivi di tale attacco immunitario si pensa possano essere i gangliosidi, presenti in grandi quantità nei tessuti nervosi periferici umani.