Forskere har ennå ikke kunnet fastslå den eksakte årsaken til tvangslidelser (OCD), men det forskes på forhold knyttet til hjerneforskjeller, genetisk påvirkning, og miljømessige faktorer. Det har blitt vist at hjernene til personer med tvangslidelse har ulikt mønster i hjerneaktivitet sammenliknet med personer uten tvangslidelse og at ulik funksjon knyttet til baner i en bestemt del av hjernen, striatum, kan forårsake lidelsen. Forskjeller i andre deler av hjernen og en ubalanse i hjernekjemikalier, særlig serotonin og dopamin, kan også bidra til utvikling av tvangslidelse. Uavhengige studier har konsekvent funnet uvanlig dopamin- og serotonin-aktivitet i ulike regioner av hjernen hos personer med OCD. Disse kan defineres som dopaminerg hyperfunksjon i prefrontal cortex og serotonerg hypofunksjon i basalgangliene.