Ο μηχανισμός δημιουργίας του συνδρόμου δεν είναι πλήρως κατανοητός. Ο μυς της ουροδόχου κύστης φαίνεται να γίνεται υπερευαίσθητος στην παρουσία ούρων και συσπάται έντονα, ακόμη και όταν η κύστη δεν είναι καλά γεμάτη με ούρα. Νεότερα δεδομένα δείχνουν ότι μπορεί να υπάρχει πρόβλημα στην αντίληψη ή στο φιλτράρισμα και στην αναχαίτιση του αισθήματος πληρότητας της κύστης από τον εγκέφαλο, που οδηγεί στην αδυναμία ελέγχου της ούρησης.
Αυτό συμβαδίζει με την αυξημένη συχνότητα εμφάνισης του συνδρόμου με την πρόοδο της ηλικίας. Επίσης, τα συμπτώματα μπορεί να επιδεινωθούν σε περιόδους στρες και από τη διατροφή (τσάι, καφές, αναψυκτικά τύπου κόλα, οινόπνευμα).
Σε κάποιες περιπτώσεις, τα συμπτώματα της υπερδραστήριας ουροδόχου κύστης παρουσιάζονται ως επιπλοκή κάποιων ασθενειών (σκλήρυνση κατά πλάκας, αγγειακό εγκεφαλικό επεισόδιο, νόσος του Πάρκινσον ή ύστερα από τραυματισμό του νωτιαίου μυελού).
Επίσης, παρόμοια συμπτώματα μπορεί να προκύψουν σε ουρολοίμωξη, σε λιθίαση ή στον καρκίνο της ουροδόχου κύστης. Σε αυτές τις περιπτώσεις, δεν χαρακτηρίζεται ως σύνδρομο υπερδραστήριας ουροδόχου κύστης, καθώς η αιτία είναι γνωστή.