Odnosząc się do wydalania z moczem przekraczającego 3 kwarty (ok. 2.8 litra), wielomocz zwykle wynika z hiperglikemii, stanów powodujących nocny wielomocz i picia dużych ilości wody, co jest najbardziej oczywiste. Przyjmowanie niektórych leków, zwłaszcza tych zleconych na nadciśnienie, również zwiększa wydalanie moczu. Poza nadmiernym piciem wody, najczęstsze przyczyny wielomoczu mogą być powiązane z kilkoma nienormalnymi stanami występującymi w organizmie — albo następuje krytyczne zmniejszenie odpowiedzi hormonu antydiuretycznego (ADH) albo ilości uwalnianego ADH. Jest również związany z wydalaniem z moczem substancji rozpuszczonych, takich jak glukoza i sól. Wielomocz występuje najczęściej u osób z nieleczoną cukrzycą oraz w populacji osób starszych.
Hiperglikemia, stan nadmiernego stężenia cukru we krwi, kończy się wielomoczem. Jest to spowodowane zmienionym funkcjonowaniem nerek, które próbują poradzić sobie z dużymi ilościami glukozy w celu jej powrotu do organizmu. Zamiast tego nerki zawodzą w filtrowaniu go, ponieważ nie ma wystarczającej ilości białek, aby usunąć całą glukozę z nerek, co ostatecznie prowadzi do wydalania glukozy z moczem. Powód, dla którego tak się dzieje, ma związek z faktem, że cukier, podobnie jak sól, koncentruje mocz, wciągając wodę, aby rozcieńczyć jej stężenie, gdy woda przepływa z obszaru o wyższym stężeniu wody do obszaru o niższym stężeniu. Często wcześniejsze objawy moczówki prostej i mellitus, przyczyny wielomoczu obejmują polidypsję, znaczne pragnienie prowadzące do zwiększonej ilości wydalanego moczu.
Charakteryzująca się zmęczeniem, obrzękami kończyn dolnych i trudnościami w oddychaniu, zastoinowa niewydolność serca jest zaliczana do przyczyn wielomoczu, zwłaszcza w nocy. Etiologia zwiększonej produkcji moczu w nocy w przypadku zastoinowej niewydolności serca wiąże się z niezdolnością serca do wydajnego przepływu krwi przez krążenie ogólnoustrojowe, co powoduje gromadzenie się płynu w miejscach takich jak brzuch i kostki. W nocy podczas snu organizm próbuje ponownie wchłonąć płyn, uwalniając duże ilości moczu. Nocny wielomocz ma tendencję do występowania w populacji osób starszych.
Uznana za jedną z przyczyn wielomoczu, metabolizm niektórych leków prowadzi do zwiększonego wydalania moczu. Stosowane w leczeniu nadciśnienia, diuretyki obniżają ciśnienie krwi poprzez oddawanie moczu. Sól jest wydalana wraz z moczem zgodnie z zaleceniami nerek, a ponieważ we krwi jest mniej wody, ciśnienie jest w ten sposób obniżone. Inne leki powodujące wielomocz obejmują metronidazol, który jest stosowany w leczeniu rzęsistkowicy, a także leki przeciwhistaminowe, takie jak maleinian chlorfeniraminy.