Endometrioosipotilaalla vatsaontelon nesteessä on runsaasti tulehdusvälittäjäaineita kuten prostaglandiineja ja sytokiineja sekä hermo- ja verisuonikasvutekijöitä. Prostaglandiinit voivat aiheuttaa kohdun liiallista supistelua erityisesti kuukautisten aikaan.
Lisäksi endometrioosikudos ja endometrioosipotilaan kohdun limakalvo ovat poikkeavia normaaliin kohdun limakalvoon verrattuna. Niissä esiintyy tiettyjä entsyymejä, joita normaalilla kohdun limakalvolla ei ole.
Pääosin endometrioosia ruokkiva estrogeeni on peräisin munasarjoista, mutta paikallinen estrogeenisynteesi voinee selittää, miksi osalla potilaista hormonihoidoista huolimatta kipu jatkuu. Vaihdevuosissa munasarjojen estrogeenituotanto vähenee, ja endometrioosioireet yleensä helpottavat.
Viime aikoina on osoitettu, että endometrioosipotilaalla hermokasvutekijän eritys on lisääntynyt ja tämä lisää hermosäikeiden muodostumista endometrioosikudoksessa. Lisääntynyt hermosäikeiden määrä endometrioosikudoksessa näyttäisi olevan lisätekijä endometrioosikivun synnyssä.
Syvä endometrioosi voi myös kasvaa kipua aistivien hermojen ympärille ja aiheuttaa hermopinteen tyyppistä kipua. Myös anatomiset syyt, kuten mahdolliset kiinnikkeet, voivat olla osasyynä kipuun. Mikäli endometrioosipesäkkeet sijaitsevat emättimen tai suolen seinämässä, voi esimerkiksi yhdyntä tai ulostaminen aiheuttaa mekaanista kipua.