LHON geht auf die Veränderung des Erbguts der Mitochondrien zurück. Mitochondrien sind unsere Energiezellen, welche für die Energieversorgung und somit den gesamten Stoffwechsel unserer Zellen verantwortlich sind. Sind sie defekt, zeigt sich das als Energiemangel vor allem in Geweben, die einen hohen Energieverbrauch haben, wie unter anderem das Nervensystem, die Netzhaut des Auges sowie der Sehnerv. Bei LHON werden die Ganglienzellen (Nervenzellen) der Netzhaut nicht mehr ausreichend mit Energie versorgt und verkümmern oder sterben ab. Somit können optische Signale der Augen nicht mehr oder nur unzureichend an das Gehirn weitergeleitet werden.