Có tới 85% trường hợp không thể tìm thấy được nguyên nhân sinh lý.[4]

Một số tác nhân gây ra đau lưng bao gồm mạch máu, nội tạng, nhiễm trùng, tác nhân cơ học và nguyên nhân tự miễn dịch. Tủy sống, rễ thần kinh, cột sống và các cơ quan nằm quanh cột sống rất có thể là nguyên nhân gây đau lưng. Dây chằng trước của đĩa đệm là bộ phận cực nhạy cảm, chỉ một chấn thương dù là nhỏ cũng gây ra những cơn đau đáng kể.Khi bị bệnh loãng xương, cấu trúc của xương sẽ trở nên yếu hơn và bắt đầu xuất hiện các vết nứt nhỏ thậm chí gãy xương gây ra đau. Tình trạng viêm khớp ở phía sau lưng cũng gây ra hiện tượng khó chịu. Các khớp nối của xương ống được xác định là nguyên nhân chính gây đau ở khoảng ⅓ số người bị đau lưng mãn tính và hầu hết những gặp chấn thương ở cổ. Có khoảng 98% số người bị đau lưng cấp tính không đặc hiệu trong đó không có vấn đề về bệnh lý nghiêm trọng. Gần 2% còn lại là do các yếu tố thứ cấp, ung thư di căn, nhiễm trùng nghiêm trọng, chẳng hạn như viêm tủy xương sống và áp xe ngoài màng cứng chiếm khoảng 1% 

Đau lưng có thể được chia ra thành đau lưng không liên quan đến rễ thần kinh và bệnh lý thần kinh. Trong đó bệnh lý thần kinh xảy ra khi có những tác động chèn ép, viêm nhiễm rễ thần kinh gây ra các triệu chứng thần kinh như tê và ngứa ran.Thoát vị đĩa đệm và hẹp động mạch chủ là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến các bệnh lý về dây thần kinh. Trong khi đó chấn thương cơ xương sống hoặc dây chằng, thoái hóa cột sống lại là nguyên nhân gây đau lưng không liên quan đến rễ thần kinh. Thoái hóa đốt sống hoặc thoái hóa cột sống xảy ra khi đĩa đệm bị thoái hóa khiến cho nó không thực hiện được chức năng đệm bảo vệ cột sống. Có một sự liên quan giữa hẹp đĩa đệm và đau cột sống lưng đó là khi bị hẹp đĩa đệm thì không gian giữa các đốt sống trở nên hẹp hơn dẫn đến chèn ép dây thần kinh Ngoài ra một số nguyên nhân khác cũng dẫn đến đau lưng như phình động mạch chủ bụng, đau bụng niệu quản. Nhạy cảm hóa trung ương nơi chấn thương hoặc nhiễm trùng gây ra sự nhạy cảm cao và dai dẳng đối với cơn đau dẫn đến tình trạng đau lưng mãn tính. Trạng thái dai dẳng này duy trì cơn đau ngay cả khi các chấn thương ban đầu đã lành. Để điều trị nhạy cảm hóa thường dùng liều thấp của thuốc chống trầm cảm

Yếu tố nguy cơ

Thừa cân béo phì, lối sống ít vận động và lười tập thể dục có thể làm tăng nguy cơ bị đau lưng. Những người hút thuốc lá có nhiều khả năng bị đau lưng hơn những người khác. Sai tư thế và tăng cân ở phụ nữ mang thai cũng là những yếu tố gây đau lưng. Nhìn chung, sự mệt mỏi có thể làm cơn đau thêm trầm trọng hơn

Một vài nghiên cứu đã chỉ ra rằng các yếu tố như căng thẳng trong công việc, áp lực từ các mối quan hệ trong gia đình có liên quan mật thiết với đau lưng hơn những bất thường ở cấu trúc xương khớp được chụp bằng xquang