Choroba Gravesa – Basedowa jest następstwem zaburzeń w układzie immunokompetentnym. W następstwie działania antygenu, który jest substancją wchodzącą w skład nabłonka pęcherzykowego tarczycy, powstają w organizmie przeciwciała wywierające silne działanie tropowe, czyli pobudzające rozrost tarczycy i wydzielanie przez nią hormonów. Przeciwciała te, będące immunoglobulinami, działają więc podobnie jak tyretropina. Jednak hormony tarczycy, wydzielane pod wpływem tych patologicznych substancji, nie hamują ich powstawania, w przeciwieństwie do hamującego wpływu, jaki wywierają na wydzielanie tyreotropiny. W tych warunkach substancje te pobudzają nadmiernie tarczycę, powodując jej powiększenie i nadczynność.
W chorobie Gravesa – Basedowa mogą również powstawać w układzie immunokompetentnym patologiczne substancje działające destrukcyjnie na tkanki oczodołu i na skórę goleni. Wywołują one wytrzeszcz oczu i obrzęk przedgoleniowy. Zaburzenia te występują rzadziej niż nadczynność tarczycy.
Niektóre spostrzeżenia wskazują na genetycznie uwarunkowaną skłonność do występowania choroby Gravesa — Basedowa.
Przyczyna bezpośrednia choroby Gravesa – Basedowa jest przeważnie nieuchwytna. Niekiedy wystąpienie objawów poprzedzają: uraz fizyczny, ciężkie przeżycie połączone ze wstrząsem psychicznym, gorączka, znaczny spadek masy ciała, przyjmowanie leków zawierających jod (tzw. jod-Basedow). Początek choroby często jest dość nagły. Chorzy odczuwają wzmożoną pobudliwość nerwową, uskarżają się na wychudzenie mimo dobrego lub zwiększonego apetytu, źle śpią. Następnie dołącza się dokuczliwe kołotanie serca, zadyszka wysiłkowa, osłabienie, stałe odczuwanie gorąca, nadmierna potliwość. Chorzy mogą zaobserwować powiększenie się tarczycy i jej dokuczliwe tętnienie oraz zmianę wyglądu oczu. Szpary powiekowe rozszerzają się, wskutek czego występuje wyraz przerażenia. Często pojawia się wytrzeszcz oczu powodujący szereg dalszych zaburzeń, takich jak pieczenie, a nawet ból oczu. Dolegliwości powyższe są wynikiem zarówno działania nadmiaru hormonów tarczycy, czyli tyroksyny i trójjodotyroniny, jak i zaburzeń wywołanych przez patologiczne czynniki tyreotropowe i wytrzeszczorodne.