發現痛經的發生主要與月經時子宮內膜前列腺素的含量增高有關,研究表明痛經患者子宮內膜和月經血中前列腺素2α和前列腺素,含量均較正常的女性明顯增高。在月經周期中2α前列腺素含量增高,可以引起子宮平滑肌過強收縮,血管痙攣造成子宮缺血,乏氧狀態而出現痛經。增多的前列腺素進入血液循環,還可引起心血管和消化道等癥狀,血管加壓素,內源性縮宮素,β內啡肽等物質的增加也與原發性痛經有關。
原發性痛經還受精神神經因素的影響,疼痛的主觀感受,也與個體的痛意有關,排卵的增生期子宮內膜孕酮刺激所含前列腺素濃度很低,通常不發生痛經。