Mecanismul de producere a bolii nu este complet inteles: este posibil ca unele fragmente ale mucoasei uterine sa nu fie eliminate in timpul menstruatiei. Fragmentele inainteaza prin trompele uterine si se fixeaza pe alte organe ale cavitatii pelvine (ovare, vezica urinara, rect, colon), ajungand uneori pana la plamani. Aceasta fixare se face sub forma de chisturi, situate cel mai frecvent pe muschii uterului: in acest caz afectiunea poarta denumirea de adenomioza.
Endometrul este supus fluctuatiilor hormonale in cursul ciclului menstrual. In mod similar, aceste fragmente care au migrat spre alte regiuni ale organismului vor reactiona la modificarile hormonilor. Endometrul este sensibil la actiunea estrogenilor si a progesteronului, iar scaderea nivelului acestor hormoni din sange va antrena o sangerare ce caracterizeaza menstruatia. Fragmentele de endometru vor reactiona in mod asemanator si vor sangera in timpul menstruatiei, precum mucoasa uterina.
Pe de alta parte, endometrioza pare sa fie consecinta unui traumatism al colului uterin, in urma unei biopsii, unei electrocoagulari, a unei interventii cu laser sau dupa o conizatie (ablatia unei parti a colului uterin sub forma de con).
Durerile se pot explica prin faptul ca in cavitatea abdominala organele sunt in contact unele cu celelalte, fiind separate de o membrana fina, pe care se pot grefa fragmente de endometru. In cursul evolutiei bolii, zonele afectate de endometrioza se cicatrizeaza si dau nastere unor aderente. In functie de organele intre care apar aderentele, localizarea durerii este variabila. La nivelul ovarelor, endometrioza antreneaza dureri ce se explica prin compresia si in cele din urma prin spargerea chisturilor hemoragice.