Uno studio riporta che le persone che soffrono di MCS potrebbero avere una disfunzione neurologica nelle zone dedicate all'elaborazione dell'odore nel cervello. In una percentuale di pazienti l’ipotesi tenuta in maggior considerazione, scartata quella di un problema di tipo psichiatrico, è che la malattia sia causata da una ridotta capacità di metabolizzazione delle sostanze xenobiotiche a causa di una carenza genetica o della rottura dei meccanismi enzimatici di metabolizzazione a seguito della esposizione tossica.