大多数自然流产的确切原因并不明确，最常见的病因为胚胎染色体异常或暴露于致畸因素中。对于每一个自然流产的特定病例来说，判断流产的病因往往十分困难。孕8周或更早的流产病例中，大约1/3的孕囊中并未见到胎芽或卵黄囊。剩下2/3见到胎芽的病例中，大约有1/2胎芽出现形态异常、萎缩或浸软现象。
在妊娠早期，通常先有胚胎的死亡再出现妊娠物排出。但是，随着妊娠周数延长，常常胎儿排出时仍存活。流产的病因可以是胎儿性或遗传性、母源性、父源性和综合因素。国际经典妇产科学OPERATIVEOBSTETRICS第四版译著产科手术学将自然流产病因分析如下：
一、胎儿性或遗传性因素
通过对例自然流产患者的研究，Hertig、Sheldon等发现，在这些排出的胎体中有62%存在缺陷或异常。流产物检查发现约有一半为病理性受精卵，没有胚胎或胚胎有缺陷。3%病例存在胚胎局限性异常，10%病例存在胎盘异常。
这些缺陷发生的确切病因尚不清楚，不过有推测认为这些缺陷的受精卵是由于精浆缺陷导致。在很多早期自然流产中染色体异常可能是病因，包括一些组织病理检查提示孕卵、胎盘和脐带凋萎异常的病例。
将近10%的受精卵在受精时便出现了染色体异常。这些受精卵会出现活性降低，多数会发生胚胎死亡和自然排出。60%的早期流产、6%孕中期流产和4%~5%的死产胎儿中均可发现存在染色体异常。在90%的空囊妊娠、50%的孕8~11周流产和30%的孕16~19周流产中，均可以发现胎儿核型异常。在细胞遗传学术水平被认为正常的病例中，基于单核苷酸多态性（SNP）的染色体微阵列分析（CMA）可见其中1%~2%病例存在有临床意义的拷贝数异常或全基因组单亲二倍体。这一结论提示，如果临床上有指征，可以在流产样本的细胞遗传学评估中使用基于SNP的CMA检测。
尽管有一些例外，总体而言，染色体增加的胎儿比缺失者更易于存活。在流产物中，常常可发现三体和三倍体。单体受精卵往往在没有任何流产的临床症状下即发生了死亡和清除。在单体受精卵中，只有45，X单体可以存活。大约有2%这样的病例可以获得活产，新生儿患有特纳综合征。在自然流产的样本中，除了1号和5号染色体外，其他各种染色体的三体都可能被发现。16三体最常见，并无一例外会导致流产。少数其他的三体可能会逃脱宫内选择这一关，它们的携带者可能会活产（1%~2%的13体，5%~10%r18体，15%~25%的21三体）。常染色体三体与孕妇高龄相关（例如21三体），不过X单体和多倍体妊娠与之无关。其他机制，例如配子的年龄、病毒感染、化学物质、药物或射线影响也有可能会影响染色体构成。
先天畸形可能由染色体或其他遗传性异常导致，也可能由外因导致（如羊膜带），或者由致畸因素暴露导致。潜在的致畸因素包括孕妇疾病（如血糖控制不佳的糖尿病）、药物（如异维A酸）、身体应激（如发热）和环境中的化学物质（如汞接触）。
二、母源性非药物因素
滋养细胞植入的先决条件是子宫内膜在卵巢激素的影响下做好了着床准备。从早卵泡期起，就可在内膜腺体细胞内发现碱性磷酸酶。排卵后糖原释放到腺体腔内，碱性磷酸酶将糖原分解为滋养细胞植入所需的葡萄糖和果糖。当这种代谢充分的时候，着床及后续胚胎发育的环境就已经准备好了。凡是会对这种碳水代谢起阻碍作用的因素，也会影响到内膜床的营养状态，进而影响早期妊娠的正常发育。
人类囊胚通常植入在子宫宫底部分。不过，少数情况下也可能植入在宫腔内一些异常部位（如接近宫颈内口）。如果植入部位低，自然流产发生率也会增加。如果妊娠持续，可能将来会发展为前置胎盘。
1.内分泌缺陷
内分泌缺陷是自然流产的一个重要原因。子宫内膜的正常发育和蜕膜的维持（胚胎种植、胎盘形成和胚胎发育）离不开黄体和滋养细胞提供正常的激素支持。卵巢分泌的雌激素和孕激素可以刺激和维持内膜的生长。在囊胚植入后，滋养细胞开始产生绒毛膜促性腺激素，维持妊娠黄体的存在，而妊娠黄体可以保持蜕膜活力、维持胚胎生长必需的代谢过程。黄体和滋养细胞/早期胎盘对妊娠的延续至关重要。如果其中有一个出现问题，就会发生恶性循环，最终出现妊娠终止。人们一直认为孕激素不足是导致自然流产尤其是复发性流产的原因，然而，孕激素治疗对预防流产似乎效果有限。很难判断孕激素缺乏是流产的原因还是结果。孕8~10周前妊娠黄体是黄体酮的主要来源，在此之后，卵巢的黄体酮产生量逐渐减少，胎盘逐渐成为黄体酮的主要来源。孕10周时行双侧卵巢切除的患者仍能获得良好的妊娠。甲状腺激素对妊娠的维持也有重要作用，孕妇甲状腺功能减退与早期妊娠丢失有关。在自然流产和复发性流产患者中，甲状腺激素受体THRα1、THRα2、THRβ1、THRβ2会出现下调。蜕膜中表达甲状腺激素受体的细胞大多为蜕膜间质细胞。
2.子宫畸形
先天性子宫畸形中，由于苗勒管融合异常的程度不一，产生的畸形也有不同，如双子宫、单宫颈双角子宫、单角子宫和子宫纵隔等。在获得性子宫畸形中，最有可能导致流产的是导致宫腔形态失常的子宫肌瘤。既往感染、刮宫或手术引起的子宫肌层瘢痕均有可能导致宫腔粘连，进而导致流产发生。少数情况下，子宫的位置异常也可能会影响妊娠的正常进程。子宫畸形，不管是先天性还是获得性的，都有可能影响蜕膜的血供和胚胎/胎儿的营养状态。不过，子宫畸形的患者也有可能获得足月妊娠。如果怀疑复发性流产与子宫畸形有关，则应该进行相应的检查以明确诊断，如子宫输卵管造影、子宫输卵管超声造影甚至宫腔镜，如发现解剖结构有异常，需行相应校正。子宫纵隔的切除会显著增加活产率及不孕妇女的自然妊娠率。子宫畸形中一特殊类型是宫颈功能不全。
3.感染
病毒感染和细胞感染均有可能导致流产。孕妇感染的典型案例是梅毒，感染可扩散通过胎盘，导致胎儿死亡和孕中期流产。其他的多种微生物，如单纯疱疹病毒、弓形虫、李斯特菌、细小病毒B19、巨细胞病毒、淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒、支原体属等也有可能与自然流产有相关性。
4.孕妇疾病
甲状腺功能减退症和糖尿病会增加早期妊娠丢失率，而慢性肾脏疾病和心血管疾病，如肾炎、高血压，更多见引起晚期胎儿死亡或早产。孕期手术或因职业暴露吸入麻醉药会增加自然流产的风险。凝血机制障碍、宫内节育器避孕失败、身体或心理伤害，以及职业因素和其他社会经济因素（如孕期酗酒或使用毒品、吸咽、营养和维生素缺乏），也是导致流产的重要原因。近年来，有不少研究专注于探讨磷脂抗体和不同类型的易栓症对孕早期和孕中晚期妊娠丢失的影响。
三、父源性疾病
精液质量会受到多种因素的影响，例如放射线、某些药物、麻醉药、职业暴露或感染。精子头部异常的发生频率越高，自然流产的发生风险也越高。有报道认为，在自然流产和复发性流产人群中，精子密度明显升高，甚至有活精子过多症的倾向（即精子密度×/L精液）。
四、混合（父母双方）因素
在流产中染色体结构异常的发生率明显高于普通人群（0.8%相比0.3%）。在复发性流产中也可能会出现一些染色体平衡易位携带者。
五、不明原因
在健康孕妇人群中，染色体结构并无异常的胚胎/胎儿的自然流产病因尚不明确。在自然流产中，有一部分是由于传统核型分析不能发现的遗传学异常（如微缺失、微重复和点突变）导致。在一项入组了超过例稽留流产孕妇的研究中，研究者进行了胎儿镜检查、胎儿病理检查和染色体核型分析，他们发现在核型正常的胎胚胎中有18%表现出大体上的形态发育异常。
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