Cơ chế sinh học thần kinh của chứng rối loạn co giật cơ được giải thích bởi sự rối loạn chức năng của mạch hạch nền-đồi thị-vỏ não. Khi xảy ra sự mất cân bằng trong các tín hiệu dopamine, serotonin và glutamate trong mạch này, khả năng ức chế vận động suy yếu, dẫn đến các chuyển động không mong muốn. Khuynh hướng di truyền rất quan trọng; tiền sử gia đình làm tăng khả năng mắc chứng rối loạn này, và nó có chung cơ sở sinh học thần kinh với ADHD và rối loạn ám ảnh cưỡng chế (OCD). Con đường mà phản ứng tự miễn dịch (PANDAS) sau nhiễm trùng liên cầu khuẩn gây ra hoặc làm trầm trọng thêm chứng co giật cơ cũng đã được xác định. Vì sự phát triển thần kinh diễn ra liên tục trong thời thơ ấu, nên nó thường tự nhiên giảm dần khi bước vào tuổi trưởng thành. Y học cổ truyền Hàn Quốc cho rằng sự mất cân bằng dopamine ở hạch nền có liên quan đến chứng rối loạn tâm thần do suy yếu năng lượng tâm trí và túi mật. Nó xem chứng co giật cơ xảy ra khi người bệnh dễ bị giật mình bởi các tác động bên ngoài và có sự gia tăng khí xấu bên trong; do đó, các bài thuốc giúp tăng cường năng lượng tâm trí và túi mật được sử dụng để điều trị chứng bệnh này.