IIH的發病機制目前仍有爭議，可能的假說包括：
1.在缺碘地區補碘后出現的碘甲亢，過去的解釋為碘缺乏導致甲狀腺合成甲狀腺激素不足，TSH代償性分泌過多；一旦補碘后，在TSH刺激下甲狀腺激素分泌過多而造成甲亢。按照這種假說，甲亢應為暫時的、一過的、非持久性的。IIH病人可能為甲狀腺內過量碘的自身反饋調節缺乏，甲狀腺內大劑量碘不能反饋抑制進一步攝碘，使甲狀腺產生過量的甲狀腺激素，導致甲狀腺功能亢進。
2.近年來的研究認為發生碘甲亢的個體，對補碘后反應性甲狀腺激素合成增加，并沒有發揮對甲狀腺的正常負反饋作用（通過TSH），即：這些個體的某些甲狀腺組織變成為有“功能自主性”（autonomy），而不受TSH調控。它的發生是在TSH長期刺激下，甲狀腺細胞暴露于較高的誘變負荷（例如自由基等）以及局部其他細胞因子的作用下，刺激甲狀腺細胞增生和分化，誘導甲狀腺特殊基因的表達，包括碘載體、甲狀腺過氧化物酶、甲狀腺球蛋白、TSH受體、轉錄因子等。甲狀腺產生多發性自主區域或單發性高功能結節，這些細胞不受TSH調節，在有充足碘原料供應時，合成和分泌過多甲狀腺激素，導致IIT。有自主性結節者其甲亢的發生與否取決于結節的大小、細胞的功能狀態和碘化物的供給，當碘攝入增加時，足夠大的結節就引起甲狀腺激素分泌增多而造成甲亢。即：結節愈大者，攝入碘愈多者，甲亢愈易發生。
自主性甲狀腺結節的界定如下：邊界明顯的結節常表現為對放射性碘攝取增加；對放射性碘的攝取不依賴于TSH而具有獨立性；結節以外的甲狀腺組織對TSH的刺激有應答；血清TSH降低，對TRH應答遲緩。“自主性”可以發生在整個結節或結節中的某一區域（自主性區域，autonomous area）；也可不是結節而是功能自主性濾泡群或功能自主性細胞群（clusters of autonomous cells）。
3.近年來注意到，碘有可能誘發或加重甲狀腺的自身免疫反應。有自身免疫性甲狀腺疾病者，過量碘攝入有可能使病情加重，但其甲亢的發病機制不是碘而是自身免疫機制。
4.胺碘酮導致甲亢可有2種類型 Ⅰ型為過量碘導致的碘甲亢，多見于已有甲狀腺腫的病人；Ⅱ型為胺碘酮破壞甲狀腺濾泡使甲狀腺激素釋放而導致的暫時性甲亢，多見于甲狀腺正常的患者，他們最終會由于腺體纖維化而出現永久性甲減。