人体中的钙主要储存在骨头中，除此之外，某些细胞 (尤其是肌细胞) 和血液中也含有钙质。它们来自于饮食 (比如牛奶和绿叶蔬菜)。对于正常的人来说，当钙的摄入过量时，多余的钙可通过尿液排出，使血钙维持在一个正常的水平。
血钙的水平主要通过两种激素来调节：甲状旁腺素和降钙素。当血钙水平下降时，身体会产生更多的甲状旁腺素。它的作用包括刺激骨骼释放出更多的钙质进入血液、促使消化道从食物中吸收更多的钙、让肾脏减少钙的排出、以及激活更多的维生素D来帮助钙的吸收。反之，当血钙水平过高时，身体会减少甲状旁腺素的合成，同时刺激甲状腺产生更多的降钙素，以减慢骨骼释放钙质进入血液。
(左：正常骨骼；右：骨质流失)
有时候，上述的血钙调节系统会出现问题，导致血液中钙的浓度过高。其中的一些可能病因包括：
- 甲状旁腺亢进：高钙血症主要是由甲状旁腺过度活跃造成的，这种病况也称为原发性甲状旁腺功能亢进。
- 癌症：某些癌症 (比如肺癌、乳腺癌、以及多发性骨髓瘤等) 可增加高钙血症的风险。一个主要原因是有些癌细胞会产生一种功能类似于甲状旁腺素的蛋白质。这种蛋白质也能刺激骨骼释放出钙质进入血液。这种现象称为副癌综合征或伴癌综合征 (即指身体对癌细胞或其产生的物质所作出的反应)。另外，癌细胞转移到你的骨骼后，也会增加高钙血症的风险。
- 其它疾病：有些因组织损伤而引起的炎症性疾病 (也就是所谓的肉芽肿性疾病) 会升高血液中的骨化三醇 (一种维生素D) 的水平。肉芽肿性疾病包括肺结核和结节病 (见下图)。骨化三醇的水平升高后，会刺激消化系统对钙的吸收，从而升高血钙的水平。此外，一种称为 “低钙尿高钙血症” 也会增加血液中钙的水平。它是一种罕见的家族性遗传病，会影响钙受体的功能。
- 疾病的影响：在患上癌症或其它的一些重病之后，人的运动量往往会下降。时间一久，就可能出现高钙血症，这是因为骨骼在不运动或不承受重力的情况下，会出现骨质流失，即释放钙质进入血液。
- 药物：某些药物会增加血钙的水平。比如常用于治疗双相情感障碍 (又称躁狂抑郁症) 的锂盐会增加甲状旁腺素的分泌；而噻嗪类利尿剂会减少钙质的排出，这些都可能会导致高钙血症。
- 营养补充剂：长期补充过量的钙或维生素D也会导致血钙水平偏高。
- 脱水：轻微或短暂的高钙血症常常是因为脱水引起的。当身体中的水分流失过多时，钙质在血液中自然也会被浓缩。
虽然有多种原因可引起高钙血症，但超过 90% 的持续性高钙血症是因甲状旁腺功能亢进和癌症引起的。