目前认为自身免疫异常是Grave"s病发病的主要原因。Grave"s病患者血清中存在针对甲状腺细胞TSH受体的特异性自身抗体，称为TSH受体抗体（TRAb）。TRAb是多克隆抗体，分为兴奋型和封闭型两类。兴奋型即甲状腺刺激性抗体（TSAb），TSAb作用于TSH受体，模拟TSH样作用，使甲状腺激素合成与分泌增加导致甲亢。封闭型即甲状腺阻断型抗体（TSBAb），抑制TSH与其受体结合，阻断TSH的作用。Grave"s病患者中可以同时存在两种抗体，其中TSAb占优势发生甲状腺功能亢进，部分患者自发性发生甲状腺功能减退与血清TSBAb的出现有关。此外，Grave"s病患者血中还可检测到甲状腺生长免疫球蛋白（TSI）和甲状腺生长抑制免疫球蛋白（TGII），前者可使甲状腺肿大，后者可使甲状腺萎缩，其机制未明。