中毒性脑病病因多样，感染因素包括细菌、病毒及其他病原体感染引发；中毒因素有重金属、有机溶剂、药物中毒；其他因素涉及全身性疾病（如肝肾功能不全、心肺功能衰竭）、中暑等均可导致中毒性脑病。
细菌感染：各种严重的细菌感染性疾病都可能引发中毒性脑病，例如肺炎链球菌、金黄色葡萄球菌等引起的败血症。在儿童群体中，重症肺炎导致的细菌感染累及全身时，细菌产生的毒素以及机体的强烈免疫反应等因素可能促使中毒性脑病的发生。对于有基础肺部疾病的儿童，感染后更易出现病情进展，增加中毒性脑病的风险。成人若患有严重的细菌性脑膜炎，病原菌及其释放的毒素会直接影响中枢神经系统，引发中毒性脑病，其发病机制与毒素干扰神经细胞的代谢、破坏血脑屏障等有关。
病毒感染：多种病毒感染可导致中毒性脑病，如流行性乙型脑炎病毒引起的乙脑。乙脑病毒经蚊虫叮咬进入人体后，在血管内皮细胞及淋巴结等处增殖，随后进入血流，形成病毒血症，进而侵入中枢神经系统。病毒在神经细胞内复制，引起神经细胞变性、坏死等病理改变，同时机体的免疫反应也会参与其中，导致脑实质炎症、水肿等，引发中毒性脑病。在乙脑流行地区，儿童由于免疫系统发育尚未完善，感染后更易发展为重症，出现中毒性脑病的概率相对较高。此外，单纯疱疹病毒感染引起的脑炎也可导致中毒性脑病，该病毒可直接侵犯大脑颞叶、额叶等部位，造成脑组织的损伤。
其他病原体感染：如疟疾，疟原虫感染人体后，其代谢产物等可引起脑内微循环障碍、炎症反应等，从而导致中毒性脑病。在疟疾流行的地区，儿童和免疫力低下的成人是易感人群，感染疟原虫后若未得到及时有效的治疗，容易出现中毒性脑病相关表现。
中毒因素
重金属中毒：铅中毒较为常见，儿童如果长期接触含铅的环境，如铅污染的土壤、尘埃、玩具等，铅可通过呼吸道或消化道进入体内，蓄积在骨骼、牙齿等组织中，当机体动员时释放到血液中，通过血脑屏障进入脑组织。铅能干扰神经细胞内多种酶的活性，影响神经递质的合成和代谢，破坏血脑屏障的结构和功能，导致脑水肿、神经细胞变性坏死等，引发中毒性脑病。成人长期从事铅作业，如铅矿开采、蓄电池制造等工作，若防护不当，也易发生铅中毒进而导致中毒性脑病。汞中毒也可引起中毒性脑病，汞进入人体后可通过血脑屏障，损害中枢神经系统，导致神经系统功能紊乱，出现认知障碍、共济失调等中毒性脑病的表现。
有机溶剂中毒：苯、甲苯、二甲苯等有机溶剂可通过呼吸道、皮肤等途径进入人体。这些有机溶剂能影响神经细胞的脂质代谢，破坏神经细胞膜的结构和功能，干扰神经传导。长期接触高浓度有机溶剂的工人，如油漆工、印刷工等，发生中毒性脑病的风险较高。例如，苯中毒时，早期可能出现头晕、头痛等症状，随着病情进展可发展为中毒性脑病，出现意识障碍、抽搐等严重表现。
药物中毒：某些药物使用不当可导致中毒性脑病，如抗癫痫药物苯妥英钠过量时，可能引起神经系统毒性反应，出现共济失调、精神错乱等类似中毒性脑病的表现。化疗药物如顺铂等在使用过程中，也可能因药物的神经毒性作用引发中毒性脑病，导致患者出现认知功能下降、周围神经病变等中枢神经系统受累的症状。
其他因素
全身性疾病：严重的肝肾功能不全时，机体的代谢废物排泄障碍，内环境紊乱，如尿毒症时，体内蓄积的尿素、肌酐等毒性物质可影响中枢神经系统的功能，导致中毒性脑病。在儿童先天性肾功能不全或成人慢性肾功能衰竭失代偿期，若病情控制不佳，更容易出现中毒性脑病相关表现。心肺功能衰竭时，机体缺氧、二氧化碳潴留等可引起脑缺氧、脑水肿，进而导致中毒性脑病。例如，重症肺炎合并心力衰竭的患儿，由于呼吸循环功能障碍，脑得不到充足的血氧供应，同时二氧化碳潴留引起脑血管扩张，脑血流增加，导致脑水肿，引发中毒性脑病。
中暑：在高温环境下长时间暴露，人体体温调节中枢功能紊乱，体温急剧升高，可引起脑组织损伤，出现中毒性脑病的表现。儿童由于体温调节能力较弱，在炎热夏季户外活动时若未做好防暑措施，更容易发生中暑导致的中毒性脑病。成人在高温环境下从事重体力劳动等情况时，也可能因中暑引发中毒性脑病，主要是高温导致脑组织缺血、缺氧，细胞代谢紊乱，产生大量自由基损伤神经细胞等。
