自闭症的症状是由大脑各种系统中与成熟相关的变化引起的。自闭症的发生方式尚不清楚。其机制可分为两个方面：脑结构的病理生理学和与孤独症相关的过程，以及大脑结构和行为之间的神经心理学联系。这些行为似乎有多种病理生理学。
有证据表明可能涉及肠-脑轴异常。2015年的一篇综述提出免疫失调，胃肠道炎症，自主神经系统功能障碍，肠道菌群改变和食物代谢产物可能导致脑神经炎症和功能障碍。2016年的一项综述得出结论，肠神经系统异常可能在自闭症等神经系统疾病中发挥作用。神经连接和免疫系统是一种可能允许来自肠道的疾病传播到大脑的途径。