Nadie conoce la causa de la fibromialgia. Los investigadores especulan que hay muchos factores diversos que, por sí solos o en combinación con otros, pueden causar fibromialgia. Por ejemplo, factores tales como una enfermedad infecciosa, trauma físico o emocional, o cambios hormonales, pueden contribuir al dolor generalizado, fatiga y trastornos del sueño que caracterizan a esta dolencia.
Los estudios sugieren que algunas personas con fibromialgia presentan niveles anómalos de varias de las sustancias químicas involucradas en la transmisión y amplificación de la sensación de dolor, tanto hacia el cerebro como desde éste. Se desconoce si tales anomalías son la causa o el resultado de la fibromialgia.