Mặc dù cơ chế chính xác gây ra co giật vẫn chưa được biết rõ, nhưng có một số yếu tố sinh lý được xác định là góp phần vào tình trạng này.

Để một cơn co giật xảy ra, cần có một nhóm tế bào thần kinh có khả năng phóng điện đột ngột và một hệ thống ức chế GABA. Sự lan truyền của cơn co giật phụ thuộc vào sự kích thích của hệ thống glutamat tại các khớp thần kinh. Đáng chú ý là co giật có thể bắt nguồn từ các vùng não bị tổn thương, vì những vùng này tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của nhiều khớp thần kinh tăng kích thích, có thể gây ra co giật.

Ngoài ra, yếu tố di truyền cũng đóng một vai trò nhất định, chiếm khoảng 20% các trường hợp động kinh. Điều này là do những bất thường trong nhiễm sắc thể.