Numerose teorie esistono per spiegare le possibili cause di questa sindrome dolorosa. Tra le cause strutturali, il danneggiamento della guaina mielinica di questo nervo induce gli impulsi elettrici che ci viaggiano ad essere irregolari o eccessivi, attivando regioni algogene o disattivando regioni inibitorie del dolore nel cervello. Il danno può essere causato da un conflitto vascolo-nervoso dovuto ad un anomalo decorso di un'arteria che comprime il nervo, più frequentemente nell'area della radice del nervo a livello intracranico cerebello-pontino; spesso è stata citata come responsabile l'arteria cerebellare superiore, dovute alle continue pulsazioni che causano microtraumi alla guaina mielinica. In rari casi la causa può essere dovuta ad un aneurisma (un rigonfiamento di uno vaso sanguigno).