病因：賴利-戴綜合征的病因至今尚不完全清楚近年來研究發現本病為常染色體隱性遺傳性周圍性神經病所有的患者均有兩個復制基因缺陷致病基因位于9號染色體短臂31～33區上確切病因不明。系常染色體隱性遺傳，具有家族性，本征發病可能與兒茶酚胺代謝異常有關，由于多巴胺β羥化酶(DβH)活力降低，使多巴胺轉變為去甲腎上腺素過程發生障礙。患者體內兒茶酚胺特別是去甲腎上腺素含量減低，故對外源性去甲腎上腺素反應敏感，而且對胰島素造成低血糖狀態的自身恢復較慢。但若投予腎上腺素，便能迅速恢復。其次不僅發現患者對乙酰甲膽堿反應敏感，且許多膽堿能神經功能不全癥狀可迅速改善，并發現患者角膜、虹膜和淚腺的乙酰膽堿轉換酶不足，表明乙酰膽堿代謝異常對發病亦起重要作用。
發病機制：本病為自主神經系統先天性異常，患兒感覺神經節交感神經節及副交感神經節中健康搜索的神經元明顯減少這些神經元在患者一生中不斷喪失。交感神經末梢數量減少健康搜索是病人血液循環中去甲腎上腺素多巴胺、β-羥化酶較少的原因。由于外周組織交感神經支配減少使腎上腺能受體過敏以致腎上腺髓質釋放兒茶酚胺可引起過度應激反應雖有些癥狀提示累及中樞神經系統，但中樞神經系統未見類似病變智力屬正常范圍。
也有研究指出健康搜索患兒尿中的去甲腎上腺素、腎上腺素代謝產物香草酰扁桃酸(VMA)降低，高香草酸(HVA)大量增多，也可能是由于患兒體內兒茶酚胺代謝異常，去甲腎上腺素及其衍生物形成障礙所致。
本病的病理改變主要是頸交感神經節發育不良神經元數目和體積均減少。主要表現在丘腦背內側核、頸髓與胸髓側角灰質細胞、背根神經節及交感神經節健康搜索的異常改變，節前神經元減少，腦干網狀結構變性蝶腭神經節、睫狀神經節的神經細胞異常；此外脊髓背柱背根脊丘束等有脫髓鞘改變少數發現脊髓交感神經節有色素變性。
病理：中樞神經系統無恒定的異常，有的可見顯著的丘腦囊腫，有的發現橋腦和延髓網狀結構退變，有的還見到脊髓側索神經纖維減少或后索改變，以后周圍神經發育不良。腸神經叢可見胞漿內粒狀空泡形成。