Paniikkihäiriölle, jolle on tunnusomaista heikentävä ja toistuva paniikkikohtaus, ei ole tunnettua yksittäistä syytä. Häiriön etiologia osoittaa, että geneettinen alttius ja sosioekonominen ympäristö ovat tekijöitä määritettäessä, kuka on altis. Siksi henkilöllä, jolla on läheinen perheenjäsen, jolla on häiriö, on merkittävästi suurempi riski sairastua siihen. Paniikkihäiriön fysiologiset oireet johtuvat osittain aivojen alhaisesta serotoniinipitoisuudesta ja yliaktiivisesta sympaattisen hermoston vasteesta. Paniikkihäiriön puhkeaminen johtuu siitä, että paniikkikohtaukset lähestyvät ja lähentyvät toisiaan, ja niitä kokenut henkilö alkaa osoittaa ennakoivaa pelkoa todellisesta paniikkikohtauksesta eikä pelkästään laukaista.
Toistuvat paniikkikohtaukset johtavat siihen, että keho on lähes jatkuvassa kiihottumistilassa, joka johtuu ”taistele tai pakene” -vastauksesta, ihmisen sopeutumisesta, joka syntyi vastauksena fyysiseen vaaraan ympäristössä. Tämän reaktion laukaisee tapahtuma, jonka aivot pitävät vaarallisena; autonomisen hermoston (ANS) hermot aloittavat lisämunuaisen vapautumisen munuaisten rauhasista ja munuaiset pumppaavat adrenaliinia ja noradrenaliinia koko kehoon. Nämä kemikaalit nostavat sykettä ja verenpainetta saadakseen enemmän happea lihaksiin, joita tarvitaan juoksemiseen vaarasta tai fyysiseen hyökkäykseen.
Ihmisellä, jolla ei ole paniikkihäiriötä, parasympaattinen hermosto aloittaa vaaran ohittamisen jälkeen sarjan biokemiallisia tapahtumia kehon palauttamiseksi homeostaasin tilaan. Kun paniikkivaste stimuloi sympaattista järjestelmää liian usein, se ei ehkä pysty sammumaan tehokkaasti parasympaattisen hermoston avulla, mikä voi myös kehittää paniikkihäiriön syihin liittyvää toimintahäiriötä. Aivojen hapensaannin heikkeneminen aiheuttaa huimausta ja epätodellisuuden tunteita, jotka liittyvät oireisiin, sekä muita hapenpuutteen oireita, kuten kylmyyttä ja rapeita raajoja. Kehon reaktio laukaisuun pakottaa sen keskittymään kokonaan käsillä olevaan taisteluun, ja paniikkihäiriöstä kärsivällä henkilöllä voi olla muistin, kognition ja huomion ongelmia.
Geneettiset vaihtelut voivat olla tekijä paniikkihäiriön syiden serotoniinipuolella. Tutkimukset osoittavat, että aivan kuten potilaat voivat olla alttiita suurelle masennukselle, koska geneettinen koodi ei riitä luomaan riittäviä reseptoreita, sama pätee paniikkihäiriöihin. Tästä syystä lääkärit hoitavat paniikkihäiriön syitä valikoivilla serotoniinin takaisinoton estäjillä (SSRI) ja vastaavilla lääkkeillä. Bentsodiatsepiineja voidaan käyttää akuutin paniikin hoitoon, ja kognitiivista käyttäytymisterapiaa (CBT) suositellaan yleensä paniikkihäiriön syiden koko kirjon tehokkaaseen hoitoon.