(一)發病原因
散光可由屈光體表面彎曲度的不均一，光學中心偏離視線，或屈光體的屈光率不正常所引起。
1.曲率性散光(curvature astigmatism) 如果散光的度數較高，往往發生在角膜，這種散光通常是先天性的，用角膜計測量可以發現正常人眼均存在輕度的散光，幾乎是不可避免的，最常見的散光是垂直彎曲度較水平者大，一般約在0.2D，達種輕度的散光可以認為是生理性的，是由於上下眼睑的經常壓迫所致，隨著年齡的增加，這種生理缺陷有輕度增長的傾向。
獲得性的散光也較多見，可因角膜病變(最突出的例子是圓錐角膜)，累及角膜的眼外傷(例如眼部手術之後尤其是角膜切口的手術)也可產生同樣結果，眼肌切斷術後，也可引起輕度散光，角膜散光亦可由眼睑腫瘤壓迫所造成，在正常情況下，用手指壓迫眼球時，眼睑的收縮或眼外肌的作用，均可產生暫時性的眼球形狀的改變，造成不同程度的散光。
由晶狀體引起的曲率性散光也不少見，但這種病例發生的程度都較輕，由圓錐晶狀體引起的散光可達到極為明顯的程度，但極為少見。
2.光心偏離性散光(astigmatism of optical decentration) 晶狀體的位置輕度偏斜，或離開光學系統的軸線，並不少見，但這種先天性的缺陷往往非常輕微而被忽視，外傷引起的晶狀體半脫位，使其光學性質變化不大，但所造成的結果非常明顯。
3.指數性散光(index astigmatism) 這是由於晶狀體不同區域的屈光率有少量差異所造成的，是生理性的，這種散光程度輕微，沒有實際意義，但因白內障引起的屈光介質變化，則影響極為明顯，可以產生各種散光，出現視物變形與多視症等。
(二)發病機制
眼散光主要來自於角膜散光，故以角膜作為眼的屈光面，光線經過角膜後形成兩條焦線，分別稱為前焦線F1與後焦線F2，以兩焦線為界限，平行光線經角膜屈光後形成的為一個圓錐體形的散光光錐，稱為Sturm光錐(Sturm conoid)，由圖1B中可看出光錐截面的形狀，由於位置不同而形成形狀各異的散光圈，在前焦線F1稍前，由於AB強主經線的光線已接近聚焦，而CD弱主經線的光線距焦線尚遠，光線開散較大，光錐截面呈現橫橢圓形(1)，AB經線在F1形成前焦線呈水平線(2)，此後AB經線散開，CD經線尚未聚焦，光錐截面形成比(1)小的橫橢圓形(3)，再後AB經線散開與CD經線集合光線的量相等，光錐截面形成圓形的彌散圈(4)，稱為最小彌散圈或朦胧圈(circle of least diffusion)，雖然在此處成像亦朦胧不清，但像變形最輕，稍後方由於垂直經線光線散開較大，水平經線光線接近聚焦，光錐截面呈垂直橢圓形(5)，此後水平面，經線CD聚焦於F2，形成一條垂直的後焦線(6)，再往後垂直與水平經線均散開，光錐截面呈垂直橢圓形(7)，在F1與F2兩焦線的光錐中不可能形成一個清晰的光學焦點，因而所有的像都是朦胧不清的。