Nie znamy dokładnie mechanizmów rozprzestrzeniania się tkanki endometrium poza jamę macicy. Jedna z teorii mówi o tzw. wstecznej miesiączce. Zwykle podczas menstruacji fragmenty złuszczonej błony śluzowej macicy wydostają się na zewnątrz (przez szyjkę macicy i pochwę). We „wstecznej miesiączce” fragmenty błony śluzowej macicy przedostają się do jajowodów, skąd mogą rozprzestrzeniać się po całej jamie brzusznej. Zagnieżdżenie się komórek endometrium poza macicą daje początek endometriozie. Lekarze twierdzą, że do endometriozy dochodzi znacznie częściej u kobiet, których budowa anatomiczna (zwężenie albo zamknięcie światła pochwy lub szyjki macicy) utrudnia odpływ wydzieliny miesiączkowej i ułatwia „wsteczną miesiączkę”.
Są pewne wątpliwości co do tego, czy stosowanie tamponów może spowodować „wsteczną miesiączkę”. Nie ma wprawdzie dowodów potwierdzających istnienie takiej zależności, ale niektóre kobiety z endometriozą na wszelki wypadek unikają stosowania tamponów (patrz także: Zespół wstrząsu toksycznego, są tam wskazówki na temat stosowania tamponów).
W przypadkach endometriozy płuc oraz innych narządów odległych od macicy fragmenty endometrium przemieszczają się tam prawdopodobnie wraz ze strumieniem krwi lub chłonki, nie wiadomo jednak, jak to się dzieje.
Według innej teorii endometrium przedostaje się poza jamę macicy u wszystkich kobiet. Do endometriozy dochodzi jedynie u kobiet z osłabionym układem odpornościowym, niebędącym w stanie zniszczyć zabłąkanych komórek.
Mimo nieznajomości specyficznych mechanizmów powstawania endometriozy naukowcy wskazują na pewne współzależności. Fakt, iż zaburzenie ma tendencję do występowania rodzinnego, nasuwa podejrzenie o możliwym podłożu genetycznym. Badania wykazują, że endometrioza występuje częściej u kobiet mających krótkie cykle miesiączkowe. Kobiety z cyklami krótszymi niż 25 dni lub mające krwawienia trwające dłużej niż 7 dni są bardziej narażone na endometriozę niż pozostałe. Najnowsze doniesienia zwracają uwagę na dioksynę (związek chemiczny powstający w wielu procesach chemii przemysłowej) jako potencjalny czynnik zwiększający ryzyko wystąpienia endometriozy.
Nie ma wyraźnych zależności między wielkością ogniska endometriozy a nasileniem bólu w miednicy. Niektóre kobiety z niewielkim ogniskiem endometriozy skarżą się na bardzo silny ból, podczas gdy inne, z rozległymi uszkodzeniami, nie zgłaszają żadnej bolesności. Ból pochodzi prawdopodobnie z uszkodzeń i podrażnień wywoływanych przez krwawienie lub wynika z wrastania endometrium w nerw lub z jego uciskania.
Niejasne jest też, w jaki sposób endometrioza uniemożliwia zajście w ciążę. Nie wydaje się, aby związek ten zależał od wielkości ogniska chorobowego. Wiele kobiet nie może zajść w ciążę, mimo iż występuje u nich niewielkie ognisko endometriozy. Niektórzy naukowcy twierdzą, że implanty endometrium zaburzają owulację. Inne badania wykazują, że implanty wytwarzają substancje chemiczne, które utrudniają proces zapłodnienia.