原發性痛經的發生主要與月經時子宮內膜前列腺素含量增高有關,研究表明痛經患者子宮內膜和月經血中前列腺素f2α和前列腺素e2含量均較正常女性明顯升高,在月經周期中前列腺素f2α含量高可引起子宮平滑肌過強收縮,血管痙攣造成子宮缺血乏氧狀態而出現痛經,增多的前列腺素進入血液循環,引起心腦血管和消化道等癥狀。
血管加壓素,內源性加壓素,β內啡肽等物質的增加也與原發性痛經有關,此外原發性痛經還受精神神經因素影響,痛經的主觀感受也與個體痛閾有關,無排卵的增生期子宮內膜,因無孕酮刺激,所含前列腺素濃度很低,通常不發生痛經。