發病原因水體汞汙染是引起慢性甲基汞中毒的重要原因。甲基汞易於被水生生物吸收，並通過食物鏈在水生生物體內富集濃縮，這種生物放大作用可使魚、貝等水生生物體內甲基汞富集百萬倍以上。水中膠體顆粒、懸浮物、泥土細沙、浮游生物等能吸附汞，並通過重力沉降進入底泥，底泥中的汞在微生物的作用下可轉變為甲基汞或二甲基汞，甲基汞能溶於水，又可從底泥返回水中。因此，無論汞或甲基汞汙染的水體均可造成危害。近幾十年來，世界各地曾有多起環境汙染導致人群發生慢性甲基汞中毒報道，其中最具有代表性的是發生在日本熊本縣水俁灣的水俁病。該地區1925年建立了氮肥公司，該企業長期將沒有經過任何處理的含甲基汞廢水排放到水俁灣中，使水體受到嚴重汙染，導致該地區的魚貝等水生生物體內甲基汞的高度富集，人長期使用含甲基汞的海鮮引起慢性甲基汞中毒，導致了水俁病的發生。類似情況也發生在新瀉縣阿賀野河地區。我國第二松花江和松花江由於上游化工企業向水體中長期大量排放含汞廢水，也曾受到較嚴重的汞和甲基汞汙染，沿江漁民中陸續粗線了慢性甲基汞中毒的病例。
發病機制甲基汞主要從消化道攝入，具有脂溶性、原型蓄積和高神經毒素等特性。甲基汞進入胃內與胃酸作用，生成氯化甲基汞，95%~100%可經腸道吸收進入血液，在紅細胞內與血紅素蛋白中的巰基結合，隨血液分佈到腦、肝腎臟和其他組織。在腦中的濃度約為血液濃度的6倍其次肝、腸壁、心、肺、呼吸道黏膜和皮膚。睪丸、甲狀腺、頭髮及指甲等也有一定含量。甲基汞能通過血腦屏障，進入腦細胞;還能通過胎盤，進入胎兒腦中。腦細胞富集含類脂質，而脂溶性的甲基汞對類脂質具有很高的親和力，所以很容易蓄積在腦細胞內。對成人，甲基汞主要侵害大腦皮質的運動區、感覺區和視覺聽覺區，有時也會侵害小腦。對胎兒腦的侵害，幾乎遍佈全腦，出生後成為先天性水俁病患兒，先天性水俁病的病情比成人水俁病更為嚴重複雜。
