Die Ursachen autistischer Störungen sind bis heute noch nicht vollständig geklärt. Fest steht aber, dass verschiedene biologische Faktoren eine bedeutsame Rolle spielen. Infektionen (z.B. Röteln) während der Schwangerschaft stehen ebenfalls in Verdacht, die Entwicklung autistischer Störungen zu fördern. Das Gerücht, dass die Impfung gegen Masern, Mumps und Röteln Autismus verursacht, entbehrt hingegen jeglicher wissenschaftlicher Grundlage. Auch „falsches“ Elternverhalten und Erziehungsversagen haben entgegen früherer Annahmen absolut nichts mit der Entwicklung autistischer Verhaltensprobleme zu tun.

Genetische Faktoren
Erbliche Faktoren gelten als eine der Hauptursachen für autistische Störungen. Bei einem von Autismus betroffenen Elternteil ist das Risiko ebenfalls ein Kind mit autistischen Störungen zu bekommen stark erhöht. Eineiige Zwillinge erkranken in der Regel beide an Autismus. Vermutlich ist ein komplexes Zusammenspiel verschiedener Gene für die Erkrankung verantwortlich. Vier bis zehn Erbanlagen sind nach derzeitigen Erkenntnissen an der Entstehung autistischer Störungen beteiligt. Dies erklärt auch die unterschiedlichen Erscheinungsformen. Beim Rett-Syndrom konnte die genetische Ursache konkretisiert werden. Wissenschaftler wiesen bei 85% der Fälle diverse Veränderungen an einem bestimmten Gen (MECP2) auf dem X-Chromosom nach.

Erblich bedingte Grunderkrankungen
Einige genetisch bedingte Erkrankungen können ebenfalls autistische Störungen zur Folge haben. Hierzu gehören u.a. die so genannte tuberöse Hirnsklerose (geschwulstartige Arterienverkalkung des Gehirns), das fragile X-Syndrom, das Williams-Syndrom, eine unbehandelte Phenylketonurie (Enzym-Störung) und die gutartige Tumorerkrankung Neurofibromatose. Als gesicherte Regel gilt, dass je geistig behinderter ein autistisches Kind ist, desto eher leidet es an einer anderen Grundkrankheit. Man spricht dann von einem „syndromalen Autismus“. Dies kommt bei ca. 90% aller Kinder mit Autismus mit einer schweren und schwersten geistigen Behinderung vor. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine andere Krankheit dem Autismus zu Grunde liegt, beträgt bei Kindern mit einer leichtern geistigen Behinderung oder einer höheren intellektuellen Fähigkeit dagegen lediglich ca. 10%. Ist keine andere Grundkrankheit erkennbar, spricht man vom „idiopathischen Autismus“.

Neurologische & biochemische Auffälligkeiten
Bei einigen Menschen mit Autismus können Störungen der Fein- und Grobmotorik sowie Unregelmäßigkeiten der elektrischen Hirnströme beobachtet werden. Bestimmte Regionen im Gehirn scheinen zudem anders ausgebildet zu sein als bei gesunden Menschen. Diese sind besonders wichtig für die Ausbildung von Sozialverhalten und Sprache. Das Ausmaß der Schädigung dieser Bereiche steht im Zusammenhang mit der Schwere der Krankheit. Für neurologische Faktoren spricht darüber hinaus die häufige Begleiterscheinung eines Anfallsleidens: Kinder mit autistischen Störungen leiden überzufällig oft an Epilepsie, insbesondere solche mit stark beeinträchtigter Intelligenz und Geburtsschäden.
Weiter besteht bei vielen Betroffenen gegenüber gesunden Menschen eine erhöhte Konzentration des Stoffs Serotonin, was für eine gestörte Informationsverarbeitung im Gehirn spricht. Denn Serotonin ist ein so genannter Neurotransmitter, ein Botenstoff im Gehirn, der eine Rolle in der Kommunikation der Gehirnzellen untereinander spielt.

Psychologische Fehlfunktionen
Man vermutet heute, dass die neurologischen und biochemischen Störungen zur Fehlleitung von verschiedenen psychologischen Abläufen führen, welche die Verhaltensauffälligkeiten bei autistischen Menschen begründen:

• Theory of Mind: Unter diesem Begriff werden natürliche Funktionen zusammengefasst, die es Menschen ermöglichen, die eigenen Bedürfnisse und Emotionen zu vermitteln und das Ausdrucksverhalten ihrer Mitmenschen zu verstehen. Bei autistischen Patienten ist die Fähigkeit beeinträchtigt: Sie können die Mimik, Gestik, Tonlage ihres Gegenübers mangelhaft oder überhaupt nicht einschätzen. Diese fundamentalen Schwierigkeiten aus einer Fülle von Einzelheiten kein sinnvolles Ganzes erkennen zu können, erklärt u.a. die Interaktions- und Kommunikationsprobleme.
  
• Beeinträchtigte Exekutivfunktionen: Autistische Personen können Handlungen nicht vorausschauend planen und konsequent umsetzen. Sie können im Verlauf ihres Handelns auch keine veränderten Umstände berücksichtigen. So können Betroffene – auch bei intellektuell guter Begabung – schon Probleme beim Ankleiden haben, da sie nicht wissen, welches Kleidungsstück sie zuerst anziehen müssen oder sie stellen beim Lernen eigene Regeln auf, an denen sie stur festhalten. 
  
• Schwache zentrale Kohärenz: Autistische Menschen können ihre Umwelt nicht als Ganzes verstehen, d.h. als zentral kohärent. Sie können einzelne Sinneseindrücke nicht so verarbeiten, dass ein Gesamtzusammenhang hergestellt werden kann. Betroffene nehmen aus der Vielfalt der Sinnesreize nur ein Detail heraus, welches sie dann ganz genau betrachten. So können einige Personen mit autistischen Störungen zwar z.B. Tipp- und Rechtschreibfehler in einem Text gut finden, ohne den eigentlichen Inhalt komplett zu verstehen.