L'étiologie du bégaiement développemental est inconnue (Bloodstein & Bernstien-Ratner, 2008), et les théories sur l'origine de ce trouble changent souvent. Les théories neurobiologiques actuelles modélisent le bégaiement comme un trouble sensoriel, moteur, linguistique et/ou cognitif. Le bégaiement est modulé par l'anxiété, les états de vigilance, ce qui évoque une composante émotionnelle. Un modèle à deux facteurs du bégaiement persistant propose un premier facteur causal du bégaiement qui résiderait dans une anomalie anatomique ou fonctionnelle du système nerveux central, et qui serait renforcé par le second facteur (Buchel & Sommer, 2004). Le second facteur serait lié au développement neural, aux influences neurochimiques et hormonales, à l'expérience, la génétique ou à d'autres facteurs qui ne sont pas encore déterminés.

Malgré des arguments convergents provenant de la neuroimagerie fonctionnelle, on ne sait toujours pas si : (a) des régions focales spécifiques représentent le site critique de la dysfonction, (b) les asymmétries anatomiques globales (lobaires) sont perturbées, ou (c) une combinaison d'anomalies focales ou globales provoque le bégaiement (premier facteur). On ne sait pas non plus si certaines de ces anomalies sont associées à des profils d'activation-désactivation spécifiques pendant des tâches de production de parole. Certains chercheurs ont trouvé des anomalies bilatéralement, d'autres seulement unilatéralement, ce qui ne permet pas de comprendre si une dysfonction uni ou bilatérale est nécessaire pour la production de parole dysfluente. Ces résultats conflictuels pourraient être dus à plusieurs facteurs parmi lesquels le sexe des sujets, leur mode de sélection, leur préférence manuelle, la petite taille des échantillons, l'historique familial du bégaiement, et des différences dans les techniques d'acquisition et d'analyse des images. On ne sait pas si les anomalies résultent directement du développement du cerveau, ou de l'adaptation au bégaiement (second facteur), ni si les anomalies anatomiques sont fixes et représentent un déficit central de base (premier facteur).

Nos modèles actuels postulent que le bégaiement est multifactoriel (combinaison de sous-types) ou pourraient être associé à un déficit unique prédominant dans l'un des trois domaines suivants : (I) le traitement auditif, linguistique et sensoriel, (II) les fonctions motrices, la planification et la production motrice, et (III) l'attention, la vigilance, les émotions. Ces trois sous-types pourraient représenter des groupes biologiques distincts pouvant répondre à des thérapies spécifiques ciblant le système atteint. Notre hypothèse générale est que l'anatomie cérébrale atypique est une prédisposition qui est activée de façon prévisible mais variable par des facteurs internes (par exemple, l'intention de produire rapidement de la parole), externes (par exemple, des changements inattendus dans le sujet des conversations) ou environnementaux, conduisant à des représentations fonctionnelles atypiques.