A Síndrome de Asperger, assim como todos os transtornos inseridos no espectro do autismo, é um distúrbio de ordem neurológica. É de 3 a 4 vezes mais comum em meninos do que em meninas.

Especula-se que fatores ambientais tais como medicamentos ou certas substâncias a que as mães tenham sido expostas durante a gestação (incluindo poluição) possam ter algum efeito no desenvolvimento do transtorno, possivelmente acionando o gatilho de predisposição genética existente, mas a causa ainda é desconhecida. Sabe-se, no entanto, que o transtorno está presente desde o nascimento, tem um forte componente genético, e que não é causado por estilos inadequados de criação dos filhos ou traumas emocionais.

Estudos que utilizam métodos de imagem têm demonstrado haver alterações nos circuitos: límbico, de integração sensoriomotora (área responsável pela inibição de ideias e ações repetitivas), no volume dos núcleos caudados e nos sulcos temporais superiores (região responsável pela percepção social) de indivíduos com a síndrome.

Sabe-se que a amígdala, região do cérebro responsável pelas emoções e controle do sistema sensorial, é hiperativada em crianças do espectro autista, incluindo as com síndrome de Asperger.

Como exemplo dos resultados obtidos por imageamento, podemos citar o estudo funcional realizado por Happé, em que os participantes escutavam uma história que envolvia a compreensão da Teoria da Mente. Observou-se que indivíduos normais ativavam a área 8 de Brodmann do córtex pré-frontal medial esquerdo, mas indivíduos com Asperger não ativavam essa região cortical, e sim uma área adjacente, a 9/10 de Brodmann. Isso sugere que indivíduos que estejam no espectro autista possuem um padrão de ativação atípico durante uma tarefa cognitiva.

Portanto, existem evidências de alterações estruturais em determinadas regiões do cérebro, o que comprova o forte fator genético, uma vez que tais formações se dão logo após a concepção, ainda em estado embrionário, e são características que quase sempre podem observadas também nos pais ou em um deles, caracterizando o que se chama de Fenótipo Ampliado do Autismo (FAA), que é quando o indivíduo não tem a síndrome completa, mas possui alguns traços. Irmãos de crianças com autismo, muitas vezes, também apresentam traços afins, e é bastante frequente, em caso de gêmeos idênticos, que ambos tenham autismo, o que reforça a ligação genética do quadro.