隨意運動有賴於神經肌肉突觸的結構和功能的正常。 本病乙醯膽鹼的釋放量不少於常人, 但受體減少, 大部分ACh分子直接被膽鹼酯酶水解或在增寬的突觸間隙中流失。 當進行隨意動作而發生連續神經衝動時, 由於突觸前膜中的囊泡補充不及時, ACh釋放量逐漸減少, 致使ACh和受體結合的幾率更少, 肌纖維因終板電位不足而不起反應, 臨床上即出現肌肉疲勞表現。
本病乙醯膽鹼受體的減少因自身免疫反應所致。 大多數的重症肌無力患者血清中能測到抗AChR抗體;血漿交換治療後, 肌無力症狀可暫時好轉。
多數重症肌無力患者伴有胸腺異常, 10%~20% 患者合併胸腺瘤, 約70%患者有胸腺肥大。 胸腺切除術後, 大多數患者臨床症狀減輕。 在正常和增生的胸腺中都存在一種“肌樣細胞”, 其膜表面亦具有AChR, 當機體受到病毒或其他非特異性因數感染後, 可導致“肌樣細胞”膜上的AChR構型發生變化, 刺激機體的免疫系統產生AChR抗體。 然後引起神經肌肉接頭處AChR的形態學改變而致病。