外伤性癫痫的发生机制目前尚不完全清楚。Penfield和Erickson认为脑损伤后可出现一系列生化，电生理及脑结构的改变，导致癫痫灶的形成。外伤后所引起的脑原发或继发性损害，均可造成神经元本身或其周围的胶质细胞以及血管的改变，因此促使个各脑细胞过度放电和异常的超同化。

这种改变可以是局部的也可以是广泛的。从病理生理学方面来看，癫痫的发生机制主要有以下几点：

血循环的改变导致神经细胞本身出现微小的化学改变和电生理改变，引起癫痫放电。急性期时，颅内广泛出血，脑血循环紊乱，神经细胞因而受到刺激，引起过度异常放电，结果使供应脑细胞的氧和葡萄糖的减少，代谢产物蓄积，加之血脑屏障破坏，加重神经细胞的损害，临床上即可表现为癫痫。严重的局部损伤可引起神经细胞周围的慢性缺血和胶质增生，形成慢性癫痫灶。同样脑水肿或脑疝引起的杏仁核-海马区缺血和硬化亦常形成慢性癫痫灶。

正常皮质具有软脑膜动脉和丰富的毛细血管网。脑瘢痕和正常皮质之间即中间区，该区缺乏毛细血管，并可见神经细胞破坏和神经元突起的新生，这种细胞再生现象是产生癫痫的重要因素。

处于缺血状态的中间区，由于灰质缓慢萎缩，也是产生癫痫灶的原因之一。胶质增生和脑瘢痕特别是脑膜-脑瘢痕，由于其收缩作用，将脑组织向瘢痕中心牵拉，加上血管的搏动刺激，结果对中间区的神经元树突施以机械性张力，增加了中间区成为癫痫病灶的可能性。