原發性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的前列腺素f2α和前列腺素e2含量均較正常婦女明顯升高,前列腺素f2α含量升高是造成痛經的主要原因,在月經周期中,分泌期子宮內膜前列腺素含量較增生期子宮內膜比較高,前列腺素f2α含量高可以引起子宮平滑肌過強收縮,血管痙攣,造成子宮缺氧,乏氧的狀態出現而引起痛經,增多的前列腺素進入血液,還可引起心血管和消化道的癥狀。
血管加壓素,內源性縮宮素及β內啡肽物質的增加也與原發性痛經有關,此外原發性痛經還受精神神經因素影響,疼痛的主觀感受與個體有關。