(一)发病原因
1.药物及化学制品
(1)硝酸及亚硝酸类：亚硝酸盐(NO2-)在体内或体外(试管中)均可直接使红细胞中的Hb转变成MHb。例如，饮用经污染的储水或井水，食用腐烂变质的蔬菜(所谓“白菜中毒”)、菜汁、腌制食品，甚至直接误服亚硝酸钠所引起的中毒性MHb血症，均有不少文献报道。一些药品如亚硝酸乙酯、亚硝酸丙酯、亚硝酸异戊酯及硝酸甘油等均可引起中毒性MHb血症。
(2)退热消炎药：芳香胺或硝基苯类药物在试管中并不能使Hb氧化，但食入人体后可以诱发MHb血症。常用的退热消炎药如乙酰苯胺、非那西丁、磺胺噻唑属于此类。
(3)局部麻醉药：某些局部麻醉药可以诱发MHb血症。文献报道，静脉点滴普鲁卡因，会使全部病人发生程度不等的暂时性MHb血症。咽部麻醉，喷雾1次丙胺卡因即有可能诱发严重的MHb血症。苯佐卡因(氨基苯甲酸乙酯)也属于此类。
(4)其他药物：如乙酰苯肼、伯氨喹、间苯二酚(雷琐辛)等均可引起MHb血症。一种抗麻风药物氨苯砜(dapsone)，近年来用于治疗艾滋病并发症——卡氏肺囊虫肺炎，常会诱发MHb血症。
(5)其他化工产品：生产苯胺、硝基苯及其衍生物的工厂，可通过皮肤或呼吸道侵入人体。苯胺类染料，如墨水、蜡笔、鞋油等均应避免婴幼儿接触及误服。
2.环境污染 除了化工厂排出的废物和废气中含有的苯胺及硝基苯的衍生物外，农药中的杀虫剂(苯甲酰苯基脲)、芳香胺类除草剂(propanile)等均会诱发MHb血症。曾经报道，工业污染的小镇及废物垃圾场附近的居民，血中MHb含量增高。
3.年龄因素 由于婴儿期酶系统发育不成熟，特别是早产儿，红细胞中b5R酶活性明显低于成年人。此外，婴儿肠道pH值偏高.有利于肠道细菌繁殖，使NO3-更多地转变成N02-。因此，婴儿更容易发生中毒性MHb血症，而且病情较重，病死率较高。文献报道，婴儿腹泻会引起约半数患儿血中MHb明显增加。
4.个体差异 对同样的诱因，不同人之间的反应相差较大。特别是对非直接作用的药物，由于药物的吸收、代谢、转化程度不同，加上细胞内还原能力的差别，临床表现是不一致的。人类对疾病的易感性，主要是由遗传因素决定的。有人发现，先天性MHb血症的杂合子虽不发病，但接触诱因后，较正常人更易发生中毒性MHb血症。
(二)发病机制
正常情况下血红蛋白(Hb)含2价铁，在肺中与氧结合，至组织中释放氧，在氧合过程中一小部分血红蛋白的铁被氧化成3价铁，叫做高铁血红蛋白(MetHb)，为棕褐色色素。正常人血中所含的高铁血红蛋白相当于血红蛋白总量的0.4%～1.7%。高铁血红蛋白不能携氧，但仍可被还原为血红蛋白。当血中高铁血红蛋白增多时称为高铁血红蛋白血症。红细胞内的还原系统有三：一是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)MetHb还原酶，为NADH-细胞色素b5还原酶，该酶能利用糖醛酸途径及糖酵解过程中生成的NADH，经辅基黄素腺嘌呤二核苷酸(flavin adenine dinucleotide，FAD)将电子传递给细胞色素b5，还原型b5直接作用于MetHb，使之还原为Hb。二是还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)还原酶。该酶利用磷酸戊糖通路所生的NADP，使MetHb还原为Hb。但是由于缺乏天然的电子传递体，需某些人工染料，为美蓝，才能激活此系统。三是其他非酶还原物，如维生素C、谷胱甘肽等。Hb氧化为MetHb和MetHb还原为Hb。