人體大腦主要依靠前庭、視覺和本身感受系統來感受和控制平衡。
人體的內耳中有前庭末稍感受器，主要由三個半規管和球囊、橢圓囊構成，球囊和橢圓囊統稱耳石器，主要用于感受人體各種位置、速度等。當人體大腦的運動指令和感覺反饋不一致時，就會產生沖突導致暈動病的發生。
比如，一個人在船上，他眼睛看到船艙內，都是相對靜止的，他的視覺系統就向大腦傳遞靜止的信息，但是他的前庭系統卻感受到船體在搖晃，于是向大腦傳遞運動的信息，這樣大腦就收到了沖突的信號，會產生暈動病的頭暈、惡心等癥狀。
目前專家們針對暈動病的發病機制主要有以下學說：
1、感覺沖突學說
三維空間定向建立在四種感覺輸入的基礎上：
感受重力和直線加速度的耳石信息；
感受角加速度的半規管信息；
視覺信息；
本體感受信息。
當一些特定的運動條件下，如乘車、乘船等，這些感受器的信息產生沖突導致暈動病的發生。
2、神經不匹配學說
人體的運動平衡系統的信息與大腦儲存的經驗信息不匹配。例如宇航員在剛進入宇宙中時，往往產生暈動病，因為在宇宙中所處的環境導致他感受的平衡信息和他大腦中的以往信息不符所致，同理當他飛回地球時也容易發病。
前庭器官敏感性過高學說
當患者在乘坐船、飛機、汽車等交通工具時，由于過快加速、突然減速等強烈刺激，使前庭末稍感受器發生改變，產生暈動病癥狀。
3、血液動力學改變學說
當人體的前庭器官受到刺激后，使神經中樞失調，導致大腦中的血液和供氧發生變化，引起暈動病的發生。
4、神經遞質假說
一部分專家認為該病是中樞神經系統的一種應激反應，主要是由于某些神經遞質的失調導致，如去甲腎上腺素、5-羥色胺、乙酰膽堿等。
5、耳石失重假說
有的人由于雙側耳石膜厚度、重量不等，感受能力也不是相等的，當航天器起飛中，雙側耳石感受器因為傳入大腦的信息不對稱，導致暈動病。