Bij de ziekte van Graves is er sprake van een auto-immuunziekte, waarbij het lichaam (vooral stimulerende) antistoffen maakt tegen de TSH-receptor (TsAb/TSI). Daardoor raakt de schildklier diffuus vergroot en ontstaat er overactiviteit, waardoor te veel T4 en T3 in het bloed wordt uitgescheiden.
Het diffuse patroon van overactiviteit is goed zichtbaar als je een schildklierscintigram maakt.
Zoals bij de meeste schildklieraandoeningen wordt de ziekte van Graves meer bij vrouwen dan bij mannen gezien en is er een zekere familiaire aanleg. Soms begint de ziekte na een emotionele gebeurtenis. Bij rokers komt het vaker voor, en dit geldt nog sterker voor de oogverschijnselen.
De klachten die optreden bij hyperthyreoïdie zijn bij de ziekte van Graves in het algemeen redelijk uitgesproken aanwezig.