Tulburarea de panică, caracterizată prin atacuri de panică debilitante și recurente, nu are o cauză unică cunoscută. Etiologia tulburării arată că predispoziția genetică și mediul socio-economic sunt factori care determina cine este susceptibil. Prin urmare, o persoană care are un membru apropiat al familiei cu tulburare are un risc semnificativ mai mare de a o dezvolta. Simptomele fiziologice ale tulburării de panică sunt cauzate, în parte, de nivelurile scăzute de serotonină din creier și de un răspuns hiperactiv al sistemului nervos simpatic. Debutul tulburării de panică este cauzat de atacurile de panică care devin din ce în ce mai apropiate, persoana care le experimentează începând să manifeste teamă anticipativă de atacul de panică real și nu doar frica de declanșator.
Atacurile de panică repetate duc ca organismul să se afle într-o stare aproape constantă de excitare cauzată de răspunsul „luptă sau fugă”, o adaptare umană care a apărut ca răspuns la pericolul fizic din mediu. Acest răspuns este declanșat de un eveniment pe care creierul îl percepe ca fiind periculos; nervii din sistemul nervos autonom (SNA) inițiază eliberarea suprarenalei din glandele rinichilor, iar rinichii pompează adrenalina și noradrenalina în tot corpul. Aceste substanțe chimice cresc ritmul cardiac și tensiunea arterială pentru a aduce mai mult oxigen la mușchii necesar fie pentru a fugi sau pentru a ataca fizic pericolul perceput.
La o persoană fără tulburare de panică, după ce pericolul a trecut, sistemul nervos parasimpatic inițiază o serie de evenimente biochimice pentru a readuce organismul la o stare de homeostazie. Atunci când sistemul simpatic este stimulat de răspunsul de panică prea des, este posibil să nu se poată opri în mod eficient cu ajutorul sistemului nervos parasimpatic, care poate dezvolta și disfuncție legată de cauzele tulburării de panică. Scăderea aprovizionării cu oxigen a creierului provoacă amețeli și sentimente de irealitate care sunt simptome asociate, precum și alte simptome de privare de oxigen, cum ar fi extremitățile reci și umede. Reacția organismului la declanșatorul îl obligă să se concentreze în întregime pe lupta percepută la îndemână, iar persoana care suferă de tulburare de panică poate avea probleme cu memoria, cogniția și atenția.
Variațiile genetice pot fi un factor în aspectul serotoninic al cauzelor tulburării de panică. Cercetările arată că, la fel cum pacienții pot fi predispuși la depresie majoră din cauza lipsei codului genetic pentru a crea receptori adecvați, același lucru este valabil și pentru persoanele cu tulburări de panică. Din acest motiv, medicii au succes în tratarea cauzelor tulburării de panică cu inhibitori selectivi ai recaptării serotoninei (ISRS) și medicamente similare. Benzodiazepinele pot fi folosite pentru a trata panica acută, iar terapia cognitiv-comportamentală (TCC) este în general recomandată pentru a trata eficient întregul spectru al cauzelor tulburării de panică.