正常情况下，子宫内膜是覆盖在宫腔的组织，在雌、孕激素的调控下发生周期性的改变，定期脱落，形成月经排出体外。但是如果子宫内膜长到子宫体以外，如卵巢、宫骶韧带、子宫表面等，则可形成子宫内膜异位症。
子宫内膜异位症的发病机制至今仍未完全阐明，没有单一的理论可以解释内异症的发生，目前被普遍认可的是子宫内膜种植学说。此外，子宫内膜异位症的发生还可能与机体的免疫功能、遗传因素、环境因素等有关。
月经期脱落的子宫内膜随着经血逆流，可沿着输卵管进入盆腔，种植在卵巢和盆腔腹膜，并继续生长和蔓延，形成盆腔内异症。尽管经血逆流内膜种植学说已被公认，但经血逆流理论无法解释盆腔外的内异症。
剖宫产术后继发腹壁切口内异症或阴道分娩后会阴切口处出现内异症，可能是术时将子宫内膜带至切口直接种植所致。
有学者认为子宫内膜可通过淋巴及静脉向远处播散。远离盆腔部位的器官（如肺、手或大腿的皮肤和肌肉）发生的内异症可能就是通过淋巴或静脉播散的结果。
卵巢的表面上皮、盆腔腹膜均由胚胎期具有高度化生潜能的体腔上皮分化而来。这些来源于体腔上皮的组织，在受到激素、经血或慢性炎症的反复刺激后，被激活而转化成子宫内膜样组织，从而形成内异症。
此学说认为种植的内膜可以释放化学物质，诱导未分化的腹膜组织形成子宫内膜异位组织。
子宫内膜异位症具有一定的家族聚集性，某些患者的发病可能与遗传有关。如果母亲患有子宫内膜异位症，那么女儿患病的风险会增加，有研究发现双胞胎姐妹中一方患有内异症时，另一方发生的可能性也会增加。
随经血逆流的子宫内膜，像一种异物，会激活身体内的免疫系统，动员出大量的免疫细胞来消除。假如体内免疫系统异常，无法将位于宫腔外的子宫内膜组织消除或者将异位的子宫内膜当成自身组织而不进行清除，可能会发展成为子宫内膜异位症。
有证据表明内异症与亚临床腹膜炎症有关，主要表现为一些与炎症相关的因子含量异常。
以下因素会增加子宫内膜异位症的患病风险：
