牙齒感覺過敏症的發病機制尚不十分清楚，目前有以下三種假說。
（一）神經學說
認為牙本質中存在著牙髓神經末梢，故感覺可由牙本質表層傳導入牙髓。
（二）牙本質纖維傳導學說
認為成牙本質細胞的原漿突中含有乙酰膽鹼酶，它在受刺激後能引起神經傳導，產生疼痛。持反對意見者認為，實驗性干擾人成牙本質細胞，醫|學教育網搜集整理未降低牙本質敏感性，說明成牙本質細胞並不具有感覺器的特征，可能在牙本質過敏中僅起被動作用。
（三）液體動力學理論
認為空氣、高滲溶液或溫度刺激引起的疼痛，是由於這些刺激使牙本質小管內的液體移動，機械地攪動了牙髓內容物，進而間接地興奮了其中的游離神經末梢，傳入沖動，產生痛覺。引起牙本質液向外移動的刺激有空氣吹干、高強溶液和冷刺激等；使牙本質液向內移動的刺激有機械刺激或加熱等。牙本質暴露初期是很敏感的，後來敏感自然緩解是由於礦物質在牙本質小管內沉積或牙髓形成修復性牙本質的結果。
