(一)發病原因
癲癇病因極其複雜，主要可分四大類：
1.特發性(idiopathic)癲癇及癲癇綜合征 可疑遺傳傾向，無其他明顯病因，常在某特殊年齡段起病，有特征性臨床及腦電圖表現，診斷標準較明確。並非臨床上查不到病因就是特發性癲癇。
2.症狀性(symptomatic)癲癇及癲癇綜合征 是各種明確的或可能的中樞神經係統病變影響結構或功能等，如染色體異常、局灶性或彌漫性腦部疾病，以及某些係統性疾病所致。近年來神經影像學技術的進步和廣泛應用，特別是癲癇功能神經外科手術的開展，已可查出症狀性癲癇及癲癇綜合征病人的神經生化改變。
(1)局限性或彌漫性腦部疾病：如產傷導致新生兒癲癇發生率約為1%，分娩時合並產傷多伴腦出血或腦缺氧損害，新生兒合並腦先天發育畸形或產傷，癲癇發病率高達25%。
(2)係統性疾病：如心搏驟停、CO中毒、窒息、N2O麻醉、麻醉意外和呼吸衰竭等可引起缺氧性腦病，導致肌陣攣性發作或全身性大發作;代謝性腦病如低糖血症最常導致癲癇，其他代謝及內分泌障礙如高糖血症、低鈣血症、低鈉血症，以及尿毒症、透析性腦病、肝性腦病和甲狀腺毒血症等均可導致癲癇發作。
3.隱源性(cryptogenic)癲癇 較多見，臨床表現提示症狀性癲癇，但未找到明確病因，可在特殊年齡段起病，無特定臨床和腦電圖表現。
4.狀態關聯性癲癇發作(situation related epileptic attack) 發作與特殊狀態有關，如高熱、缺氧、內分泌改變、電解質失調、藥物過量、長期飲酒戒斷、睡眠剝奪和過度飲水等，正常人也可出現。發作性質雖為癇性發作，但去除有關狀態即不再發生，故不診斷癲癇。
(二)發病機製
1.遺傳因素 單基因或多基因遺傳均可引起癇性發作，已知150種以上少見的基因缺陷綜合征表現癲癇大發作或肌陣攣發作，其中常染色體顯性遺傳病25種，如結節性硬化、神經纖維瘤病等，常染色體隱性遺傳病約100種，如家族性黑矇性癡呆、類球狀細胞型腦白質營養不良等，以及20餘種性染色體遺傳基因缺陷綜合征。
2.正常人可因電刺激或化學刺激誘發癲癇發作 正常腦具有產生發作的解剖生理基礎，易受各種刺激觸發。一定頻率和強度的電流刺激，可使腦產生病性放電(seizure discharge)，刺激停止後仍持續放電，導致全身強直性發作;刺激減弱後隻出現短暫後放電，若有規律地重複(甚至可能每天僅1次)刺激，後放電間期和擴散範圍逐漸增加，直至引起全身性發作，甚至不給任何刺激也可自發地出現點燃(kindling)導致發作。癲癇特征性變化是腦內局限區域許多神經元猝然同步激活50～100ms，而後抑製，EEG出現一次高波幅負相棘波放電，緊跟一個慢波。局限區神經元重複同步放電數秒鍾可出現單純部分性發作，放電經腦擴散持續數秒至數分鍾可出現複雜部分性或全身性發作。
3.電生理及神經生化異常 神經元過度興奮可導致異常放電，用細胞內電極描記癲癇動物模型大腦皮質過度興奮發現，神經元動作電位暴發後出現連續去極化和超極化，產生興奮性突觸後電位(EPSP)和去極化飄移(DS)，使細胞內Ca2 和Na 增加，細胞外K 增加，Ca2 減少，出現大量DS，並以比正常傳導快數倍的速度向周圍神經元擴散。生化研究發現，海馬和顳葉神經元去極化時可釋放大量興奮性氨基酸(EAA)及其他神經遞質，激活NMDA受體後，大量Ca2 內流，導致興奮性突觸進一步增強。癇性病灶細胞外K 增加可減少抑製性氨基酸(IAA)釋放，降低突觸前抑製性GABA受體功能，使興奮性放電易於向周圍和遠隔區投射。癲癇灶自孤立放電向發作移行時，DS後抑製消失被去極化電位取代，鄰近區及有突觸連接的遠隔區內神經元均被激活，放電經皮質局部回路、長聯合通路(包括胼胝體通路)和皮質下通路擴散。局灶性發作可在局部或全腦擴散，有些迅速轉為全身性發作，特發性全麵性癲癇發作的產生可能通過廣泛網狀分支的丘腦皮質回路實現。
4.癲癇發作可能與腦內抑製性神經遞質如γ氨基丁酸(GABA)突觸抑製減弱，興奮性遞質如N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體介導穀氨酸反應增強有關。
抑製性遞質包括單胺類(多巴胺、去甲腎上腺素、5-羥色胺)和氨基酸類(GABA、甘氨酸)。GABA僅存在於CNS，腦中分布較廣，黑質和蒼白球含量最高，是CNS重要的抑製性遞質。癲癇促發性遞質包括乙酰膽堿和氨基酸類(穀氨酸、天冬氨酸、牛磺酸)。CNS突觸的神經遞質受體和離子通道在信息傳遞中起重要作用，如穀氨酸有3種受體：紅藻氨酸(KA)受體、使君子氨酸受體和N-甲基-D-天冬氨酸型(NMDA)受體。癇性發作時穀氨酸蓄積，作用於NMDA受體和離子通道，使突觸過度興奮，是導致癲癇發作主要原因之一。內源性神經元暴發放電通常為電壓依賴性鈣電流增強，有些局灶性癲癇主要由於喪失抑製性中間神經元，海馬硬化可能因存活神經元間形成異常返歸興奮性連接導致癲癇，失神性發作可能由於丘腦神經元電壓依賴性鈣電流增強，發生皮質彌漫同步棘-慢波活動。
5.病理形態學異常與致癇灶 應用皮質電極探查放電的皮質癇性病灶，發現不同程度膠質增生、灰質異位、微小膠質細胞瘤或毛細血管瘤等。電鏡可見癇性病灶神經突觸間隙電子密度增加，標誌突觸傳遞活動的囊泡排放明顯增多。免疫組化法證實致癇灶周圍有大量活化的星形細胞，改變神經元周圍離子濃度，使興奮易於向周圍擴散。
