Les causes les plus communes de l'hyperventilation sont l'anxiété, la fièvre, la douleur intense, l'usage de l'alcool, la surconsommation de certains médicaments (comme l'aspirine) et de certaines drogues ou une infection sérieuse. l'asthme, la grossesse, l'altitude et l'acidose métabolique peuvent aussi entraîner de l'hyperventilation, de même que certaines maladies pulmonaires ou coronariennes et certaines pathologies du système nerveux central. Le syndrome chronique d'hyperventilation est souvent attribué à de mauvaises habitudes respiratoires.

Tous les êtres vivants absorbent l'oxygène contenu dans l'atmosphère et rejettent du gaz carbonique dans cette même atmosphère. Cet échange gazeux, essentiel à la vie, se fait lorsque nous respirons. Dans le corps humain, ce sont les poumons qui servent de lieu d'échange pour fixer l'oxygène dans le sang et rejeter le gaz carbonique. Pour assurer une ventilation adéquate, une personne en santé et au repos respire environ 12 fois à la minute. Une respiration normale implique que l'air aspiré par les poumons se rend jusqu'aux surfaces d'échange avec le sang, là où s'effectuent le passage de l'oxygène et l'expulsion du gaz carbonique. Lorsque la respiration est rapide et saccadée, la quantité d'oxygène aspiré est anormalement élevée et l'élimination du gaz carbonique par les poumons est excessive. Cette rupture de l'équilibre entre l'oxygène et le gaz carbonique, que l'on appelle alcalose respiratoire, entraîne des conséquences sur différents systèmes.