癲癇的發病機制複雜, 迄今為止尚未完全闡明。 但發作時大腦神經元出現異常的、過度的同步性放電得到廣泛認同。 神經系統具有複雜的調節興奮和抑制的機制, 通過回饋活動, 使任何一組神經元的放電頻率不會過高, 也不會無限制的影響其他部位, 以維持神經細胞膜電位的穩定。 如果這種穩定被打破, 出現興奮過程的過盛、抑制過程的衰減或神經膜本身的變化, 引起神經元異常、過度放電, 就會導致癲癇發作。
小兒特別是嬰幼兒, 由於大腦發育尚未成熟, 皮層神經細胞分化不全, 皮層的分析鑒別及抑制功能較弱;其次神經元樹突發育不全,
血清鈉增高時, 鈉的濃度與神經肌肉應激性成正比, 超過一定濃度容易導致癲癇發作。 高熱使中樞神經過度興奮, 對內外環境刺激的應激性增高, 或者使神經元代謝率增高, 氧及葡萄糖消耗增多而含量降低, 使神經元功能紊亂, 也會引起癲癇發作。