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癫痫的病因多且复杂，不仅有遗传方面的因素，也有环境方面的因素。由于遗传因素引起的癫痫称为特发性癫痫。由于某种明确的中枢神经系统结构损害或功能异常引起的癫痫称为症状性癫痫。症状性癫痫中未发现具体的发病原因的癫痫，称为隐源性癫痫。
ILAE将癫痫的病因分为遗传性、结构性、代谢性、免疫性、感染性及病因不明等。
癫痫的发生是内在遗传因素和外界环境因素在个体内相互作用的结果。病因常与患者的发病年龄密切相关，例如新生儿及婴儿期出现的癫痫，往往与先天遗传因素以及围生期的缺氧、窒息、头颅产伤、皮质发育畸形等有关。儿童及青春期出现的癫痫除了上述因素外，还可能与中枢神经系统感染、脑发育异常等有关。成人期出现的癫痫则可能与海马硬化、头颅外伤、脑肿瘤、中枢神经系统感染性疾病等有关。老年期出现的癫痫与脑血管意外、脑肿瘤、代谢性疾病、神经系统变性疾病等关系密切。
遗传性癫痫主要包括单基因遗传性癫痫、多基因遗传性癫痫、遗传性多系统疾病中的癫痫及细胞（染色体）遗传异常所致的癫痫。大部分遗传性癫痫发病的分子机制为离子通道或相关分子的结构或功能改变。
癫痫常见的获得性病因包括海马硬化、出生前及围生期脑损伤、中枢神经系统感染、脑血管病、脑肿瘤、颅脑损伤、神经变性及脱髓鞘。
海马硬化是颞叶癫痫最常见的病因。颅内出血和出生窒息（缺血缺氧性脑病）与日后的癫痫明显相关。中枢神经系统感染是发生癫痫的重要危险因素。脑炎或脑膜炎患者发生癫痫的风险是普通人群的7倍，出现癫痫的风险在感染后5年内最高；病毒性脑炎较细菌性脑膜炎发生癫痫的风险高。脑囊虫病是症状性癫痫的常见原因。脑卒中是老年人癫痫的最主要的病因，出血性卒中比缺血性卒中更容易出现癫痫；颅内出血后期发生癫痫的风险为5%～10%，其中蛛网膜下腔出血的风险最高；反复多次发生脑卒中的患者出现癫痫的可能性明显增高；卒中早期出现癫痫发作的患者日后发生癫痫的可能性增加。脑动静脉畸形、海绵状血管瘤也是引起癫痫的常见病因。脑肿瘤导致癫痫与其病理特性、发生部位和生长速度有关。低度恶性肿瘤要比迅速浸润生长的肿瘤更容易导致癫痫，肿瘤位于皮质或近皮质区域时容易出现癫痫，脑转移瘤也容易发生癫痫，甚至出现癫痫持续状态。颅脑外伤是癫痫的重要病因之一，发生癫痫的可能性取决于外伤的部位和严重程度。开放性头外伤更容易发生癫痫。颅脑外伤后早期出现癫痫发作提示日后发生癫痫的风险增加。脑部手术后发生癫痫的风险取决于潜在疾病的性质、手术的部位和范围。累及脑皮质的神经变性病可以出现癫痫。癫痫与多发性硬化有一定关系。多发性硬化患者发生癫痫的风险是正常人群的3倍，平均潜伏期为7年。
另外，有些药物在治疗剂量、过量、中毒、突然停药及药物依赖情况下均可导致癫痫发作。如青霉素、异烟肼、抗抑郁药、氨茶碱、吩噻嗪、氯氮平、胰岛素、口服降血糖药等在治疗范围或过量时有可能引起癫痫发作，其发作形式以全面强直-阵挛性发作最常见。某些药物突然停药可引起全面强直-阵挛性发作，比如长期服用司可巴比妥等短效镇静剂、苯二氮䓬类、苯巴比妥及其他抗癫痫药物等，突然停药可诱发癫痫发作。
低血糖可引起痫样发作，特别是血糖低于1.11～1.67mmol/dl。引起低血糖的常见原因包括胰岛细胞瘤、垂体功能不全、肾上腺皮质功能不全和胰岛素治疗等。血钠水平低于120mmol/L或血钠自高水平急剧下降时可出现痫性发作。
癫痫的发病机制十分复杂，目前尚未完全认识清楚。癫痫发作的本质是神经元过度同步放电的结果。
在正常情况下，每个神经元都会产生有节律性的自发放电，但放电频率一般较低。在癫痫病灶周围，由于各种病因导致离子通道蛋白或神经递质异常，出现离子通道结构和功能的改变，神经元的膜电位出现异常，在每次动作电位发生之后都会出现持续性去极化，并产生高幅高频的棘波放电，历时数十至数百毫秒之后转入超极化状态。异常神经元的高频放电可以通过突触联系和强直后的易化，使周边及远处的神经元同步放电，引起痫性放电的连续传播。当异常放电仅局限于大脑皮质的某一区域时，表现为部分性发作。若在此局部的反馈回路中长期传导，则会产生部分性发作持续状态。当异常放电波及同侧半球的同时，也扩散至对侧大脑半球，则表现为部分性发作继发全面性发作。若异常放电广泛投射至两侧大脑皮质并当网状脊髓束受到抑制时，则表现为全面强直-阵挛性发作。当异常放电的起始部分在丘脑和上部脑干时，则表现为失神发作；而广泛投射至两侧大脑皮质和网状脊髓束受到抑制时，则表现为全面强直-阵挛性发作。
在癫痫发作的过程中，癫痫灶内巨大突触后电位，通过负反馈的作用，激活抑制机制，使细胞膜长时间处于过度去极化状态，抑制放电过程的扩散，并减少癫痫灶的传入性冲动，促使发作放电的终止。
另外，影响癫痫性放电的发生、传播和终止与患者的遗传因素、患者体内的生化、电解质、免疫和微量元素变化有关。一般认为，具有癫痫遗传因素的患者的神经元细胞膜电位稳定性差，容易受外界因素的影响而引起癫痫发作。在正常的情况下，人体内的兴奋性神经递质与抑制性神经递质保持平衡状态，从而导致神经元细胞膜的相对稳定。当兴奋性神经递质过多或抑制性神经递质过少时，由于兴奋与抑制间失衡，导致神经元细胞膜不稳定并产生痫样放电。细胞内外钠离子、钾离子的分布也会影响神经元细胞膜的稳定性。血清钙、镁离子减少，可使神经元兴奋性增强，在癫痫发作中也可以发挥作用。此外，各种原因引起的血脑屏障破坏，可以在血液循环中产生抗脑抗体，抗脑抗体作用于神经突触，减少抑制性冲动的发生，亦可促成痫样放电。