格林巴利綜合症病因與發病機制目前尚未完全闡明,目前一般認為與在發病前有非特異性感染史與疫苗接種史,而引起的遲發性過敏反應性免疫疾病。在感染至發病之間有一段潛伏期。免疫反應作用於周圍神經的雪旺細胞和髓鞘,產生侷限性節段性脫髓鞘變,伴有血管周圍及神經內膜的淋巴細胞、單核細胞及巨噬細胞的浸潤。
多數患者發病前有鉅細胞病毒、EB病毒或支原體等感染,但少數病例的病因不明。本病性質尚不清楚,可能與免疫損傷有關。以患者血清注射於動物神經可產生靜脈周圍脫髓鞘病變。此外,患者神經組織中有C3b及免疫球蛋白C主要是(IgG或IgM)存在。以上事實提示,本病可能是與體液免疫有關。但至今尚未能從患者血液中提出髓鞘蛋白的抗體。注射甲流疫苗的副作用之一則有可能患格林-巴利綜合徵。