Triệu chứng của tự kỷ là hệ quả của những thay đổi liên quan đến sự trưởng thành trong các hệ thống khác nhau của não.[33] Cách tự kỷ xảy ra vẫn chưa được hiểu rõ. Cơ chế của nó có thể chia làm ba khu vực: Sinh lý bệnh của cấu trúc và quá trình của não liên quan đến tự kỷ, và mối liên hệ tâm thần học giữa cấu trúc não và các hành vi.[33] Các hành vi xuất hiện để có nhiều sinh lý bệnh.[34]

Sinh lý bệnh

Không giống như nhiều chứng rối loạn não khác như bệnh Parkinson, tự kỷ không có cơ chế thống nhất rõ ràng; nhiều người không biết rằng liệu tự kỷ là một vài rối loạn do những đột biến gây ra, hội tụ trên một vài đường phân tử phổ biến, hoặc là (khuyết tật trí tuệ) một tập lớn những rối loạn với nhiều cơ chế khác nhau.[14] Tự kỷ xuất hiện là hệ quả từ những tác động phát triển ảnh hưởng nhiều đến tất cả hệ thống chức năng não,[36] đồng thời làm lộn xộn thời gian phát triển của não hơn so với sản phẩm cuối cùng.[35] Những nghiên cứu về cấu trúc của hệ thần kinh và sự kết hợp tác nhân sinh quái thai đã gợi ý nhiệt tình rằng cơ chế của Tự kỷ, bao gồm sự thay đổi phát triển ở não ngay sau khi thụ thai.[5] Trường hợp bất thường này xuất hiện để bắt đầu một chuỗi các trường hợp bệnh lý trong não, bị ảnh hưởng đáng kể bởi yếu tố môi trường..[37] Người ta không biết rằng liệu sự phát triển quá mức có xảy ra ở tất cả những trẻ mắc chứng tự kỷ hay không. Có vẻ như khu vực nổi bật nhất trong các vùng não là cơ sở để phát triển nhận thức chuyên môn cao hơn.[38]

Tâm thần học

Hai thể loại chính của thuyết nhận thức đã được đề xuất về liên kết giữa bộ não tự kỷ và hành vi. Thuyết não của loài người mở rộng đưa ra giả thuyết rằng tự kỷ là một trường hợp cuối cùng trong não của con người, định nghĩa theo đo nghiệm tinh thần là những cá nhân đang hệ thống hóa hơn là đang thấu hiểu. Thuyết giả thiết tâm trí được hỗ trợ bởi những phản ứng điển hình của trẻ tự kỷ đến bài kiểm tra Sally–Anne để kết luận về động cơ của những người khác,[39] và thuyết hệ thống gương nơron miêu tả tốt trong các bản đồ sinh lý bệnh đối với giả thuyết.[40] Tuy nhiên hầu hết nghiên cứu đều không tìm thấy bằng chứng về sự suy giảm trong những cá nhân tự kỷ để hiểu ý định cơ bản của người khác; thay vào đó, hệ thống cho biết sự suy giảm được phát hiện trong sự hiểu biết có cảm xúc xã hội hoặc xem xét quan điểm của người khác..[41]