孤独症至今病因未明，流行病学研究已经筛查出很多可能导致孤独症的危险因素，但是没有一种是导致孤独症发生的直接因素。研究表明，其产生可能跟部分易感基因在环境诱发作用下发生改变有关，特别是新生突变（denovo mutation）可能是孤独症发病的主因，但具体的致病因素和发病机制仍有待进一步研究。一些因素如高龄父母、孕期感染、孕早期不良用药或接触化学物质、环境因素，特别是在胎儿大脑发育关键期接触的环境因素，也会导致发病可能性增加。
孤独症的基因研究一直是孤独症病因研究的热点问题。虽然目前还没有找到充足的证据，但现有研究表明，孤独症与遗传具有很大关系。目前关于这方面的研究主要是双生子同病率研究。双生子分为两类，一类是同卵双生子，由一个受精卵分裂而成，而后发育成两个婴儿，属同性别，他们的遗传因子相同；另一类则是异卵双生子，即由两个受精卵分别发育成两个婴儿。
孤独症基因的研究者们常以此为对象，研究遗传与环境因素对孤独症病因或后期行为的影响。根据双生子中一个患有孤独症，另一个不患孤独症，计算同病率的差异，以此说明遗传程度。大量的学者对此做过研究，1977年美国科学家福尔斯坦的研究发现，21对同性别双生子中，11对同卵双生子中有4对同时患有孤独症（占36%），而10对异卵双生子则无一对患病。2009年Rosenberg对277对双生子孤独症患者的研究发现，在同卵双生子中，如果一个孩子患有孤独症，另一个孩子也患有孤独症的可能性是88%；而在异卵双生子中，这种概率是31%。由于同卵双生子是由一个受精卵分裂而成，他们的遗传基因是均等的。这些研究都说明孤独症的出现与遗传有密切关系。2004年，Chudley A.E的研究表明，大约有70%的孤独症儿童病因与基因相关。
来自美国冷泉港等实验室的研究人员对2508个有孤独患儿的家系进行了全外显子组测序数据的分析，发现在检测出的新生突变中，类似于基因破碎（LGD）的突变与IQ＜90的孤独症男患儿的患病密切相关。他们发表在《自然》杂志上的研究结果指出，新生突变才可能是孤独症发病的主因。
