巨人癥的臨床特征是由GH及其靶激素IGF-1持續過度分泌所致。GH分泌受下丘腦激素的雙重調節，GH釋放激素（GHRH）刺激GH分泌，而生長抑素(SS)抑制其分泌。
GH垂體分泌GH細胞增生或腺瘤、腺癌。過度分泌患者垂體的基本形態學改變為腺垂體分泌GH細胞數目增多，最常見的病理改變為界限明確，但無包膜的垂體GH細胞腺瘤，少數為垂體GH細胞增生。垂體非腫瘤部分的GH分泌細胞的數目及分布正常。引起垂體GH細胞增多的病變可位于下丘腦、垂體、甚至顱外，導致巨人癥者大多為原發性垂體腫瘤。
此外下丘腦生長激素釋放激素（GHRH）分泌過多。下丘腦GHRH瘤及異位GHRH瘤不但能引起垂體GH細胞增生[5]，還可以引起GH瘤。故GHRH是產生垂體腫瘤的病因之一。體外實驗表明，GHRH刺激GH腺瘤細胞生長[6-8]，提示在這些腫瘤細胞上存在GHRH受體。GH瘤的瘤外垂體組織在病理上并無增生，這不支持下丘腦激素過度刺激是垂體瘤形成的學說；但有可能是由于GH通過短環負反饋抑制GHRH對瘤旁組織的增生作用。已證實單純過量的GHRH慢性刺激轉基因小鼠能導致腫瘤形成。但在散發性GH瘤中，超量GHRH導致垂體腺瘤及GH細胞增生的情況少見。
近幾年來異位生長激素分泌腫瘤，如肺癌、乳腺癌、胰腺癌、卵巢癌等。報道了數例無垂體腫瘤，但有胰腺、肺、腎上腺、乳腺、卵巢和神經節等部位腫瘤的肢端肥大癥患者。經過手術切除這些腫瘤后，GH過度分泌狀況以及由此產生的臨床表現也隨之緩解。盡管垂體外腫瘤很少產生和分泌GH[9]，但這些垂體外腫瘤大多數能分泌GHRH，如血漿中檢測到GHRH即可確診[10]。在罕見的先天性垂體增生的巨人癥患者中，也可檢測出GHRH[11]。異源性GHRH分泌的患者其垂體常常增生，頭部CT掃描及MRI檢查能發現垂體增大[10]，但一般無腫瘤。