意识障碍的病因多种多样，故其发病机制极其复杂，许多细节尚待研究阐明。一般说来，各种脑器质性病变、躯体疾病引起的脑中毒、各种精神疾病或病理过程均可通过各自不同的机制破坏脑干网状结构．丘脑．大脑皮层对意识的正常调节功能，引起意识障碍，概括起来大致可分为以下几类：
脑急性损伤常见于颅内弥漫性感染(如脑炎、脑膜炎、脑型疟疾等)；广泛性脑外伤(如脑震荡和脑挫裂伤)；蛛网膜下腔出血；高血压脑病等。上述病因可引起大脑两半球弥漫性炎症、水肿、坏死、血管扩张等反应，导致急性颅内压升高，后者一方面可导致脑血管受压而使脑供血减少；还可使间脑、脑干受压下移，使脑干网状结构被挤压于小脑幕切迹与颅底所围成的狭窄孔中，从而导致上行网状激活系统功能受损，出现意识障碍。
体内代谢性毒素(metabolic poisons)，如肝性脑病、尿毒症性脑病、肺性脑病、心源性昏迷、水与电解质及酸碱平衡紊乱产生的大量代谢性毒素；或感染性毒素(infectious poisons)，如急性肺部感染、流行性出血热、疟疾、伤寒、中毒性痢疾产生的大量感染性毒素等，均可引起神经递质合成及释放异常、脑能量代谢障碍，神经细胞膜和突触传递异常，从而导致意识障碍。
(1)神经递质异常：GABA是最重要的抑制性神经递质，在正常意识的维持中发挥重要作用，GABA含量异常增高或降低均可引起意识障碍。例如，在肝性脑病时，由于肝不能清除来自肠道的GABA，血中GABA透过血脑屏障进入中枢神经系统，使脑中GABA含量增高，加上高血氨还可直接增强GABA能神经传导，从而使神经元呈超极化抑制状态；在严重代谢性酸中毒时，谷氨酸脱羧酶活性升高GABA生成增多，GABA对中枢神经系统的抑制作用增强，患者表现为抑制或昏迷；在严重代谢性碱中毒时，血液pH升高，谷氨酸脱羧酶活性降低，GABA生成减少，GABA对中枢神经系统的抑制作用减弱，患者出现兴奋症状。此外，5-羟色胺(5-HT)也是中枢神经上行投射神经元的抑制性递质，肝性脑病时脑内5-HT异常升高，还可作为假性递质被儿茶酚胺能神经元摄取并取代去甲肾上腺素，使神经传导受阻。在急性缺血、缺氧性脑病，神经递质谷氨酸的耗竭，丙酮酸合成乙酰胆碱减少在意识障碍中也可能发挥作用。
(2)能量代谢异常：脑急性能量代谢异常引起意识障碍，最常见的有低血糖性脑病和急性缺血、缺氧性脑病。低血糖性脑病多发生在使用胰岛素的糖尿病或胰岛细胞瘤的患者。其发生机制主要是低血糖引起脑组织中高能磷酸酯，如三磷酸腺苷(ATP)和磷酸肌酸(PCr)含量急剧下降，使脑组织能量缺损。研究证明，中度低血糖早期脑干网状结构的ATP水平下降约30%，PCr水平下降约55%，此时患者出现嗜睡、注意力丧失、意识模糊、错乱、癫痫大发作，并随血糖不断降低而进入昏迷状态。急性缺血、缺氧性脑病常见于心脏停搏、自缢和急性呼吸衰竭(肺性脑病)等，由于急性全脑血液灌流或氧供障碍，患者在数分钟甚至立即出现意识丧失。在急性缺血、缺氧性脑病发病过程中，能量不足、酸中毒(包括乳酸酸中毒和高碳酸血症)、Ca2+失衡、自由基、兴奋性氨基酸毒性作用和神经递质异常等相关因素是引起缺血、缺氧性脑细胞损伤的相关环节。脑缺血、缺氧也可引起认知障碍，一般而言，轻至中度慢性脑缺血、缺氧常引起认知障碍，而急性严重脑缺血、缺氧则常导致意识障碍。
(3)神经细胞膜损伤：在缺氧性酸中毒时，脑脊液的pH变化比血液更加明显。当脑脊液pH低于7.25时(正常为7.33-7.40)，脑电波变慢，pH低于6.8时脑电完全停止，可能与酸中毒导致神经细胞膜损伤有关。在肝性脑病时，升高的血氨除干扰神经细胞能量和递质代谢以外，还影响神经细胞膜Na+-K+-ATP酶活性，或与K+竞争进入细胞内，影响细胞内外K+的分布，进而影响膜电位和兴奋及传导等功能。在尿毒症性脑病，尿毒症毒素蓄积，使神经细胞膜Na+-K+-ATP酶活性降低,能量代谢障碍，脑细胞膜通透性增加，脑细胞内Na+含量增高，导致脑水肿而出现严重意识障碍。
神经冲动传递过程中，最易受药物、毒物影响的部位是突触，许多神经系统类药物都是选择性作用于某一类型突触而影响神经功能的。由于网状结构的多突触传递特性，使网状结构成为特别易受药物、毒物影响的位点，大脑皮层的广泛突触结构也是药物和毒物攻击的重要部位。例如：苯二氮草类(安定，氯安定等)通过增强GABA能神经的效应产生突触抑制，大脑皮层、边缘系统、脑干都含有丰富的GABA受体，苯二氮草类作用于边缘系统主要产生抗焦虑作用，但大剂量作用于脑干网状结构和皮层时，则可引起意识模糊、昏睡。巴比妥类药物也主要抑制多突触传递，从而产生镇静、催眠、麻*醉作用。有机磷农药则通过对胆碱酯酶的抑制和破坏，阻断胆碱能神经突触的传递，最终亦可导致意识障碍。需要引起警惕的是，有些深度的药物中毒病人可出现与脑死亡几乎相同的表现，因此，“排除药物过量中毒”是英国制订的脑死亡标准之一。
颅内占位性病变常见于外伤性颅内血肿、脑肿瘤、颅内局灶性感染(如脑脓肿、硬膜外脓肿等)和肉芽肿(如：血吸虫、隐球菌、结核等)等；颅内破坏性病变多由于脑梗死、脑干梗死、脑出血等。颅内占位性和破坏性损伤引起意识障碍的主要机制是脑受压，特别是脑干网状结构受压，然而，破坏性损伤直接伤及脑干网状结构或引起大脑皮层广泛性梗死时也可直接造成意识障碍或昏迷，当损伤位于脑桥-中脑的网状结构上行激动系统时，即使损伤小而局限，也可导致深度的昏迷，如脑桥的出血或小梗死灶。
由于中脑上段(网状结构的主要通路部位)恰位于小脑幕与颅底围成的天幕孔狭窄处，因此，各种颅内占位性病变，包括弥漫性的脑损害，常常都因引起颅内压升高，使脑干移位、受压，形成不同的小脑幕裂孔疝，压迫网状上行激活系统，引起昏迷。
一些精神性疾病，如癔症(hysteria)、精神分裂症(schizophrenia)等，可通过影响脑干网状结构和大脑皮层的代谢和功能，导致不同程度的意识障碍。