1、原發性紅斑性肢痛癥
發病機制不清。目前認為與自主神經或血管舒縮神經中樞功能紊亂有關，不過在血管舒縮系統、下丘腦中樞或神經節并未發現導致疾病發生的病理基礎。
在切除有些患者的交感神經后，其臨床癥狀獲得改善。因此有人就提出交感神經功能異常學說，認為紅斑性肢痛癥的疼痛是因為擴張的動脈和痙攣縮小的毛細血管或微動脈之間出現血管舒縮協調功能障礙。當血流通過擴張的動脈，進入微動脈和毛細血管時，由于微動脈和毛細血管的痙攣導致血液循環受阻，導致血液對富含神經感受器的動、靜脈吻合支的強烈沖擊，繼而產生了劇烈的疼痛。不過，血管舒縮異常并非產生疼痛的惟一原因，還可能與皮膚對溫熱過度敏感或細小血管對溫熱反應過度有關。近年還有人認為可能與血中5-羥色胺和緩激肽的蓄積有關。
毛細血管前括約肌持續收縮，動靜脈短路血管開放，導致局部灌注量增加，同時營養通路血管內灌注不足，引起局部組織確需而缺氧，最終導致患處組織高灌注和缺血缺氧并存，引起劇痛、紅腫和皮溫升高，組織代謝產物使血管擴張，灌注增加，進一步加重癥狀。
2、繼發性紅斑性肢痛癥
發病機制可能是由于相應的基礎疾病導致了血管神經功能紊亂，使得毛細血管前括約肌持續收縮，導致動靜脈短路血管開放，使得局部灌注量增加，同時營養通路血管內灌注不足，引起局部組織確需而缺氧，最終導致患處組織高灌注和缺血缺氧并存，引起劇痛、紅腫和皮溫升高，組織代謝產物使血管擴張，灌注增加，進一步加重癥狀。