人体的四肢内有很多肌肉血管神经簇，称为筋膜室。每个筋膜室均由一层很厚的结缔组织膜包裹，这层包膜称为筋膜，筋膜起着包裹并保护内在肌肉血管神经簇的作用。筋膜本身不具有弹性，也就是说它不具有伸缩的能力。
骨筋膜室综合征患者在进行体育运动或反复收缩肌肉的过程中，筋膜室内的组织压力有时候会出现异常增高的现象。由于筋膜本身不具有伸缩能力，因此会导致筋膜室内的组织无法充分扩展。这种情况如同您用力摇晃一罐苏打水饮料而不打开瓶盖一样，瓶内的压力会明显增高。
当筋膜室内压力增高而没有减压出口的时候，其内在的神经血管将受压，直接导致血流减少。血流的减少会使得组织无法得到充足的氧气，因此就会出现组织缺血的情况，由此而引起神经与肌肉组织受损。
目前，医学家仍无法解释为何在体育运动或反复收缩肌肉过程中有时候会出现筋膜室内压力增高的现象。一些专家提出了生物力学的假说，即您的运动方式 (例如跑步过程中足部落地的方式) 可能和骨筋膜室综合征的发作有一定的关系。其他可能的病因还包括了肌肉组织和筋膜过厚、筋膜太僵直、以及静脉压力过高。