1、下丘脑一垂体一卵巢轴调节功能异常：
由于精神紧张、药物及某些疾病影响到下丘脑一垂体的内分泌功能，垂体对Gn-RH敏感性增加，分泌过量LH及卵巢中作为雄激素形成酶的细胞色素的功能失调，导致卵巢间质、卵泡膜细胞产生过量雄激素。
卵巢内高雄激素抑制卵泡成熟，引起发育中的卵泡闭锁，不能形成优势卵泡，以致雌激素的正常分泌模式中断，但很多小卵泡仍然分泌雌激素，因而PCOS患者兼有高雄激素和高雌激素，但以雄激素过多占优势。
PCOS时过多的雄激素主要是雄烯二酮和睾酮，尤其是游离睾酮增加；过多的雌激素主要是雌酮（El）增高；是雄烯二酮在周围组织中芳香化酶转化结果，而雌二醇（E2）处于早卵泡期水平。
持续分泌的雌酮和卵巢小卵泡分泌的一定水平的雌二醇作用于下丘脑及垂体，对LH的分泌呈正反馈，对FSH的分泌呈负反馈，使LH分泌幅度及频率增加，LH呈持续高水平，而FSH水平相对降低。
LH水平上升又促进卵巢分泌雄激素，进一步形成雄激素过多、持续无排卵的恶性循环。
2、胰岛素抵抗和高胰岛素血症：
部分PCOS患者，尤其是肥胖患者可表现为高胰岛素血症和耐胰岛素，提示由胰岛素抵抗引起。引起胰岛素抵抗的原因有多种，多数情况是胰岛素受体后信息传导系统的障碍引起，也可有胰岛素受体缺陷，高胰岛素血症可抑制肝脏性激素结合球蛋白（SHBG）的合成，使体内游离雄激素增加，雄激素尚可通过垂体的胰岛素受体使LH分泌增加。严重的胰岛素抵抗患者可发生雄激素过多、胰岛素抵抗和黑棘皮症综合征，表现为高条酮和高胰岛素状态，黑棘皮症是胰岛素抵抗的标志。
3、肾上腺功能异常：
50％的PCOS患者中存在脱氢表雄酮（DHEA）及脱氢表雄酮硫酸盐厂（DHEAS升高，肾上腺中合成街体激素的关键酶活性增加，以及肾上腺细胞对促肾上腺皮质激素（ACTH）敏感性增加及功能亢进有关。肾上腺皮质功能亢进，分泌过量的雄激素可出现无排卵和类似多囊卵巢的症状。
4、遗传因素：
PCOS发生所显示的家族高度聚集性，提示其病因学上一个主要因素可能为遗传因素。虽然已有证据提示，与PCOS发病相关的候选基因，位于胰岛素受体基因；编码胆固醇侧链裂解酶的细胞色素基因；性激素结合蛋白基因等，但还未找到特异的PCOS基因，可能PCOS与多个基因异常有关。少数多囊卵巢综合征有染色体异常。
