Cơ chế bệnh sinh của TED chưa được hiểu rõ nhưng có thể là do các globulin miễn dịch chống lại các thụ thể hormone kích thích tuyến giáp (TSH) trên nguyên bào sợi quỹ đạo và chất béo, dẫn đến giải phóng các cytokine gây viêm, gây viêm và tích tụ glycosaminoglycans.