本病呈常染色體顯性遺傳，與HHT發病相關的基因OWR1定位在染色體9p33-34，現命名為endoglin基因。另一種與HHT血管畸形發生相關的基因OWR2定位在染色體12q，為ALK1。SMAD4，MADH4突變也與本病相關。
本病的發病機制仍不十分明確，該病的出血表現與固有的血管機械性脆性增加有關。主要病理變化是血管缺乏彈性纖維和平滑肌，受累的血管壁僅僅是一層內皮細胞，其周圍由一層無肌肉、無彈性的疏松結締組織所包圍。血管壁脆弱易破，已不能收縮，呈血管瘤樣擴張，稱為毛細血管擴張，故容易引起出血。