隨意運動有賴於神經肌肉突觸的結構和功能的正常。本病乙酰膽鹼(ACh)的釋放量不少於常人，但受體減少，大部分ACh分子直接被膽鹼酯酶水解或在增寬的突觸間隙中流失。當進行隨意動作而發生連續神經衝動時，由於突觸前膜中的囊泡補充不及時，ACh釋放量逐漸減少，致使ACh和受體結合的機率更少，肌纖維因終板電位不足而不起反應，臨牀上即出現肌肉疲勞表現。
本病乙酰膽鹼受體(AChR)的減少因自身免疫反應所致。大多數的重症肌無力患者血清中能測到抗AChR抗體;血漿交換治療後，肌無力症狀可暫時好轉。本病的發病機制可能是體內產生的AChR抗體，在補體介導下作用於突觸後膜，使Ach受體大量破壞，導致突觸後膜傳遞障礙而產生肌無力。
多數重症肌無力患者伴有胸腺異常，10%～20% 患者合併胸腺瘤，約70%患者有胸腺肥大。胸腺切除術後，大多數患者臨牀症狀減輕。在正常和增生的胸腺中都存在一種“肌樣細胞”，其膜表面亦具有AChR，當機體受到病毒或其他非特異性因子感染後，可導致“肌樣細胞”膜上的AChR構型發生變化，刺激機體的免疫系統產生AChR抗體。然後引起神經肌肉接頭處AChR的形態學改變而致病。
