Trong khoảng 70% trường hợp, bại não có thể là do những bất thường xảy ra trước sinh làm ảnh hưởng đến quá trình phát triển bình thường của não. Theo báo cáo năm 2003 của Hội Sản và Phụ khoa Hoa Kỳ (American College of Obstetricians and Gynecologists - ACOG) và Viện Hàn lâm Nhi khoa Hoa Kỳ (American Academy of Pediatrics – AAP) thì thiếu ôxy trong quá trình sinh đẻ chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ trong các trường hợp bại não. Mặc dù nhiều trường hợp người ta chưa thể xác định được căn nguyên nhưng các nguyên nhân được biết của bại não bao gồm:

• Nhiễm trùng trong thai kỳ

Các nhiễm trùng ở phụ nữ có thai như rubella (sởi Đức), cytomegalovirus và toxoplasmosis có thể gây tổn thương não của bào thai và gây bại não sau này. Các nhiễm trùng khác như nhiễm trùng ối, nhiễm trùng hệ tiết niệu – sinh dục của người mẹ cũng có thể gây nên sinh non, một nguy cơ khác của bại não.

• Thiếu khí não bào thai

Khi chức năng của nhau thai bị giảm sút (suy nhau thai) hoặc bị bóc tách khỏi thành tử cung trước khi sinh (nhau bong non) hoặc do chảy máu do sai lệch vị trí (nhau tiền đạo) có thể làm giảm lượng ôxy cung cấp cho thai nhi.

• Sinh non

Sinh non là trẻ sinh ra trước 37 tuần thai tính từ ngày đầu tiên của kỳ kinh nguyệt cuối cùng trước khi có thai. Những trẻ sinh non đặc biệt trước 32 tuần và nhất là trước 28 tuần thai có nguy cơ bại não rất cao. Một nghiên cứu cho thấy những trẻ sinh non có cân nặng lúc sinh thấp hơn 1500 gram có nguy cơ bại não cao gấp 30 lần so với trẻ sinh đủ tháng (trẻ sinh từ 37 đến 42 tuần thai). Lý do là trẻ sinh non có nguy cơ rất cao bị xuất huyết não gây tổn thương các tổ chức mong manh đang phát triển của não hoặc gây nên chứng nhuyễn hóa chất trắng quanh não thất.

• Ngạt trong quá trình chuyển dạ và sinh nở

Cho mãi đến gần đây người ta vẫn còn tin tưởng rộng rãi là ngạt (thiếu ôxy) trong quá trình chuyển dạ và sinh nở là nguyên nhân của hầu hết các trường hợp bại não. Tuy nhiên như trên đã nói, theo nghiên cứu của Hội Sản và Phụ khoa Hoa Kỳ và Viện Hàn lâm Nhi khoa Hoa Kỳ thì ngạt chỉ chiếm 10% trong tổng số các bệnh nhân bại não.

• Các bệnh máu

Bất đồng nhóm máu Rh là sự bất tương hợp nhóm máu giữa mẹ và bào thai gây nên vàng da trầm trọng và tổn thương não dẫn đến bại não. Bệnh này thường gặp ở người da trắng còn ở Việt Nam rất hiếm gặp vì tỷ lệ mang Rh (-) cực kỳ hiếm gặp. Tuy nhiên ở Việt Nam có thể gặp bất đồng nhóm máu ABO giữa mẹ và thai nhi. Một bệnh khác rất nặng nề mặc dù biện pháp phòng ngừa cực kỳ đơn giản là xuất huyết não do thiếu Vitamin K ở trẻ sơ sinh và nhũ nhi cũng gây nên bại não. Các bệnh rối loạn chức năng đông máu khác cũng có thể là nguyên nhân của bại não vì làm tăng nguy cơ chảy máu trong não.

• Vàng da nhân

Vàng da trẻ sơ sinh là do sự tích tụ trong máu một loại sắc tố có tên billirubin do tốc độ phá hủy hồng cầu cao và chức năng gan chưa trưởng thành ở trẻ sơ sinh, đặc biệt là trẻ đẻ non. Trong trường hợp nặng, sắc tố này có thể vượt qua hàng rào mạch máu – não và lắng đọng chủ yếu ở các nhân nền của não (do đó có tên là vàng da nhân) và làm tổn thương các cấu trúc này đưa đến thể bại não kèm múa vờn.

• Các bất thường bẩm sinh khác

Các trẻ có bất thường cấu trúc hệ thần kinh, nhiều bệnh di truyền khác cũng làm tăng nguy cơ bại não.

• Bại não mắc phải

Trẻ mắc các chứng bệnh gây tổn thương thần kinh trong hai năm đầu tiên của đời sống ví dụ như viêm màng não mủ, viêm não, chấn thương sọ não...